ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ БЕЗЭКИПАЖНОГО СУДНА ПО КУРСУ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Рассмотрен вопрос построения теоретической модели динамики безэкипажного судна по курсу на основе экспериментальных данных. Приводится краткое описание экспериментальной платформы для безэкипажного катера и оборудования, использованного при исследовании динамических характеристик объекта. Отмечается, что для катера характерными являются три режима движения: водоизмещающий, переходный и глиссирующий. При сборе данных для построения модели динамики катера использовались маневры типа «зиг-заг» и циркуляция. Разработанные программно-аппаратные средства с частотой 10 Гц обеспечили сохранение необходимых параметров, в частности таких, как скорость движения, угловая скорость и текущее положение рулевого колеса. Так, на первом этапе выбиралась теоретическая модель динамики судна по курсу. В качестве таковых были выбраны известные модели Номото 1-го и 2-го порядка. На втором этапе построения моделей динамики по курсу задавался квадратичный критерий, оценивающий отклонение угловой скорости экспериментального катера от оценок угловой скорости, которую генерирует модель Номото при одном и том же входном воздействии (положении рулевого колеса). Таким образом, задача сводилась к оптимизации квадратичного критерия путем выбора параметров модели Номото. Подчеркивается, что эта задача может быть решена как аналитическим способом, так и численным с привлечением специальных программных средств. Ее сложность зависит от порядка выбранной модели динамики судна. В работе подбор параметров динамики судна по курсу был выполнен двумя способами: с помощью средства поиска решения в среде MS Excel и на базе программного пакета System Identification Toolbox. Оба варианта дали хорошее совпадение параметров построенной модели динамики. Исследования показали, что использование более сложной модели Номото второго порядка позволяет улучшить критерий качества по сравнению с более простой моделью первого порядка. Использованный в работе подход имеет достаточно высокую степень общности и практически без изменений может быть применен для построения более сложных нелинейных моделей динамики судна.

безэкипажное судно, управление движением, теоретическая модель, критерий оптимальности, экспериментальные данные, модель Номото, численная оптимизация, динамика судна, идентификация, параметры модели

1. Paton G. UK’s first fully autonomous vessel the C-Worker 7 is launched / G. Paton // The Times. - 2018 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.thetimes.co.uk/article/uk-s-first-fully-autonomous-vessel-the-c-worker-7-is-launched-86jwnzmrm#:~:text=The%20vessel%2C%20C%2DWorker%207,for%20up%20 to%2030%20days (дата обращения: 01.08.2020).

2. Koikas G. New Technology trends in the design of Autonomous Ships / G. Koikas, M. Papoutsidakis, Nikitakos // International Journal of Computer Application. - 2019. - Vol. 178. - No. 25. - Pp. 4-7. DOI: 10.5120/ijca2019919043.

3. Komianos A. The autonomous shipping era. operational, regulatory, and quality challenges / A. Komianos // TransNav: International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. - 2018. - Vol. 12. - No. 2. - Pp. 335-348. DOI: 10.12716/1001.12.02.15.

4. Вагущенко Л. Л. Системы автоматического управления движением судна / Л. Л. Вагущенко, Н. Н. Цымбал. - Одесса: Латстар, 2002. - 310 с.

5. Смоленцев С. В. Простая аналитическая модель движения судна / С. В. Смоленцев, Д. В. Исаков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 1. - С. 7-21. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-1-7-21.

6. Позняков С. И. Сравнение математических моделей с точки зрения коэффициентов влияния / С. И. Позняков, Ю. И. Юдин // Вестник Мурманского государственного технического университета. - 2006. - Т. 9. - № 2. - С. 241-245.

7. Юдин Ю. И. Маневренные характеристики судна как функции параметров его математической модели / Ю. И. Юдин, С. И. Позняков // Вестник Мурманского государственного технического университета. - 2006. - Т. 9. - № 2. - С. 234-239.

8. Назаров А. Особенности проектирования глиссирующих катамаранов / А. Назаров // Катера и Яхты. - 2009. - № 2 (218). - С. 61-65.

9. Fossen T. I. Marine control systems. Guidance, navigation and control of ships, rigs and underwater vehicles / T. I. Fossen // Marine Cybernetics. - Trondheim, Norway, 2009. - Pp. 330-335.

10. Artyszuk J. Peculiarities of zigzag behaviour in linear models of ship yaw motion / J. Artyszuk // Annual of Navigation. - 2016. - Vol. 23. - Is. 1. - Pp. 23-38. DOI: 10.1515/aon-2016-0002.

11. UM7 datasheet [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.chrobotics.com/docs/UM7%20Datasheet_v1-6_10.1.2016.pdf (дата обращения 10.07.2019).

12. Nomoto K. On the steering qualities of ship / K. Nomoto, T. Taguchi, K. Honda, S. Hirano // Journal of Zosen Kiokai. - 1956. - Vol. 1956. - Is. 99. - Pp. 75-82. DOI: 10.2534/jjasnaoe1952.1956.99_75.

13. Bech M. I. Paper 17. Some Aspects of the Stability of Automatic Course Control of Ships / M. I. Bech // Journal of Mechanical Engineering Science. - 1972. - Vol. 14. - Is. 7. - Pp. 123-131. DOI: 10.1243/JMES_JOUR_1972_014_072_02.

14. Norrbin N. H. On the Design and Analysis of the Zig-Zag Test on Base of Quasilinear Frequency Response / N. H. Norrbin // Technical Report No. B140-3. - The Sweden State Shipbuilding Experimental Tank (SSPA), 1963. - Vol. 14. - Is. 7. - Pp. 91-107.

15. Carrillo S. Obtaining First and Second Order Nomoto Models of a Fluvial Support Patrol using Identification Techniques / S. Carrillo, J. Contreras // Ship Science and Technology. - 2018. - Vol. 11. - Pp 19-28. DOI: https://doi.org/10.25043/19098642.160.

16. Ljung L. System Identification Toolbox User’s Guide / L. Ljung. - The MathWorks, Inc, 2014. - 886 p.