Синтез оптимального управления безэкипажным судном при маневрировании в сложных навигационных условиях

  В работе предложен алгоритм управления движением и прохождением безэкипажного судна навигационных опасностей в соответствии с Правилами плавания судов по внутренним водным путям Российской Федерации.

   Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения безопасности и эффективности движенческих операций за счет внедрения автономных технологий при наличии на борту судна точной (без ошибок) информации о текущей ситуации.

   Управление осуществляется непосредственно на борту безэкипажного судна, т. е. автономно, а не по командам с берега. Задача оптимального управления решается для упрощенной модели центра масс подвижного объекта. Отмечается, что наличие необходимости принятия решения по управлению судном в реальном времени приводит к использованию как математических моделей, так и модели информационной. Продуктивным является применение самоорганизующегося оптимального регулятора с экстраполяцией А. А. Красовского. В работе весовые коэффициенты ПИД-регулятора определяются из аналитических выражений, полученных для самоорганизующегося оптимального регулятора с экстраполяцией. Предложены математические модели и алгоритмы для анализа навигационной обстановки и корректировки маршрута, а также рассмотрены методы интеграции данных. Сформирована математическая модель динамики, а также установлены алгоритмы оптимального управления, обеспечивающие безопасность безэкипажного судна. Разработана методология возможности маневрирования безэкипажного судна посредством автономного оптимального ситуационного управления с обходом зон навигационной опасности движения. Представлены результаты компьютерного моделирования динамики оптимального движения судна.

1. Власов С. М. Алгоритмы адаптивного и робастного управления по выходу роботизированным макетом надводного судна / С. М. Власов, О. И. Борисов, В. С. Громов [и др.] // Мехатроника, автоматизация, управление. — 2016. — Т. 17. — № 1. — С. 18–25. — EDN: VKQQMT. DOI: 10.17587/mau.17.18–25.

2. Мовчан И. М. Разработка системы динамического позиционирования для маломерного судна / И. М. Мовчан, Д. А. Оськин, А. А. Горшков // Вестник Морского государственного университета. — 2023. — № 92. — С. 4–7. — EDN: XIZICG.

3. Кабанов Д. С. Синтез алгоритма оптимального программно-позиционного управления многорежимным автоматическим подводным аппаратом / Д. С. Кабанов // Мехатроника, автоматизация, управление. — 2014. — № 1. — С. 60–66. — EDN: RTVYAD.

4. Красовский А. А. Адаптивный оптимальный регулятор с переменным порядком наблюдателя и временем экстраполяции / А. А. Красовский // Автоматика и телемеханика. — 1994. — Т. 11. — С. 97–112.

5. Каретников В. В. Лимитирующие навигационно-гидрографические факторы при использовании 3D электронных навигационных карт для управления судном при прохождении шлюзов / В. В. Каретников, А. А. Прохоренков, Ю. Г. Андреев // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 6. — С. 825–836. — EDN: HXSMKV. DOI: 10.21821/2309-5180-2024-16-6-825-836.

6. Галеев Р. Э. Повышение навигационной безопасности маневрирования судов на внутренних водных путях на основе реализации технологии дополненной реальности : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Р. Э. Галеев. — Нижний Новгород: Волжский государственный университет водного транспорта, 2024. — EDN: IQWNXQ.

7. Karetnikov V. Tasks of developing the aquatory for testing autonomus ships in inland waterways / V. Karetnikov, G. Chistyakov, E. Ol’khovik // E3S Web Conf. — 2020. — Vol. 157. — Pp. 02010. DOI: 10.1051/e3sconf/202015702010.

8. Пелевин А. Е. Методика построения модели движения судна и синтез алгоритмов управления на ее основе / А. Е. Пелевин, А. В. Лопарев, Е. В. Лукоянов, А. М. Столярова // Гироскопия и навигация. — 2025. — Т. 33. — № 1(128). — С. 52–63. — EDN: GEUEZD.

9. Литов Д. В. Некоторые аспекты построения структуры системы управления морского автономного и дистанционно управляемого надводного судна (МАНС) / Д. В. Литов, О. С. Хватов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2025. — № 78. — С. 35–43. — EDN: YRHQTS.

10. Буцанец А. А. Организация системы дистанционного управления беспилотным техническим флотом для обеспечения судоходства на внутренних водных путях : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук; специальность: 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение» / А. А. Буцанец. — Санкт-петербург: ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова, 2021. — EDN: MFMQJR.

11. Гарибин П. А. Управление процессом выравнивания уровней воды между камерой судоходного шлюза с распределением воды и бьефом / П. А. Гарибин, С. А. Кабанов // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 555–562. — EDN: FKPVXA. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-4-555-562.