Browsing by Author "Маменко, П. П."

Now showing 1 - 6 of 6

DEVELOPMENT AND EXPERIMENTAL STUDY OF ANALYZER TO ENHANCE MARITIME SAFETY
(2021) Nosov, P.; Zinchenko, S.; P l o k h i k h, V .; Popovych, I. S.; P r o k o p c h u k, Y.; M a k a r c h u k, D.; Mamenko, P.; M o i s e i e n k o, V.; B e n, A .; Носов, П. С.; Зінченко, С. М.; Плохіх, В. В.; Попович, І. С.; Прокопчук, Ю. О.; Макарчук, Д. В.; Маменко, П. П.; Мойсеєнко, В. С.; Бень, А. П.
On the basis of empirical experimental data, relationships were identified indicating the influence of navigators’ response to such vessel control indicators as maneuverability and safety. This formed a hypothesis about a non-random connection between the navigator’s actions, response and parameters of maritime transport management. Within the framework of this hypothesis, logical-formal approaches were proposed that allow using server data of both maritime simulators and operating vessels in order to timely identify the occurrence of a critical situation with possible catastrophic consequences. A method for processing navigation data based on the analysis of temporal zones is proposed, which made it possible to prevent manifestations of reduced efficiency of maritime transport management by 22.5 %. Based on cluster analysis and automated neural networks, it was possible to identify temporary vessel control fragments and classify them by the level of danger. At the same time, the neural network test error was only 3.1 %, and the learning error was 3.8 %, which ensures the high quality of simulation results. The proposed approaches were tested using the Navi Trainer 5000 navigation simulator (Wärtsilä Corporation, Finland). The simulation of the system for identifying critical situations in maritime transport management made it possible to reduce the probability of catastrophic situations by 13.5 %. The use of automated artificial neural networks allowed defining critical situations in real time from the database of maritime transport management on the captain’s bridge for an individual navigator. На основі емпіричних експериментальних даних були ідентифіковані зв’язки, що вказують на вплив реакцій навігаторів (судноводіїв) на такі показники управління судном як маневреність і безпека. Це сформувало гіпотезу про невипадковий зв’язок між діями навігатора, його реакціями та параметрами управління морським транспортом. У рамках зазначеної гіпотези були запропоновані логіко-формальні підходи, що дозволяють застосувати серверні дані як морських симуляторів, так і діючих суден морського транспорту з метою своєчасної ідентифікації виникнення критичної ситуації з ймовірними катастрофічними наслідками. Запропоновано метод обробки навігаційних даних, що заснований на аналізі темпоральних зон, який дозволив попередити прояви зниження результативності управління морським транспортом на 22,5 %. На основі кластерного аналізу і автоматизованих нейронних мереж вдалося виділити часові фрагменти управління судном і класифікувати їх відповідно до рівня небезпеки. При цьому тестова помилка нейронної мережі склала лише 3,1 %, а помилка навчання 3,8 %, що забезпечує високу якість отриманих результатів моделювання. Запропоновані підходи були апробовані із застосуванням навігаційного тренажера Navi Trainer 5000 navigation simulator (Wärtsilä Corporation, Фінляндія). Проведене імітаційне моделювання системи ідентифікації критичних ситуації під час управління морським транспортом дозволило зменшити ймовірність виникнення катастрофічних ситуацій на 13,5 %. Використання автоматизованих штучних нейронних мереж дозволило проводити ідентифікацію критичних ситуацій в режимі реального часу на основі бази даних управління морським транспортом на капітанському містку для індивідуального навігатора.
IMPROVING THE ACCURACY AND RELIABILITY OF AUTOMATIC VESSEL MOUTION CONTROL SYSTEM
(2020) Popovych, I. S.; Zinchenko, S. M.; Ben, A. P.; Nosov, P. S.; Mamenko, P. P.; Mateichuk, V. M.; Зінченко, С. М.; Попович, І. С.; Бень, А. П.; Носов, П. С.; Маменко, П. П.; Матейчук, В. М.; Попович, И. С.; Зинченко, С. Н.; Матейчук, В. Н.
Context. There were considered the issues of improving the accuracy and reliability of automatic vessel motion control systems in conditions of large deviations in sensors measurements during maneuvering and failures of sensors and actuators. The object of research is the process of automatic vessel motion control in conditions of large deviations in sensors measurements during maneuvering and failures of sensors and actuators. The subject of research is a method and algorithms for improving the accuracy and reliability of auto-matic vessel motion control systems in conditions of large deviations in sensors measurements during maneuvering and failures of sen-sors and actuators. Objective. The aim of the research is development a method and algorithms for improving the accuracy and reliability of automatic vessel motion control systems in conditions of large deviations in sensors measurements during maneuvering and failures of sensors and actuators. Method. This goal is achieved by using in onboard controller of the automatic vessel motion control systems an observer to estima-tion the parameters of the state vector in the linear motion channel by measurements of linear speed and position sensors; estimation the parameters of the state vector in the angular motion channel by measurements of rotational speed and angular position sensors; continu-ous monitoring of the measured information by comparing it with the obtained estimations; correction estimations in the linear motion channel by measurements of linear speed and position sensors that have passed control; correction estimations in the angular motion channel by measurements of rotational speed and angular position sensors that have passed control; formation of a sensor failure in the linear motion channel ( linear speed sensor or position sensor ), if its measurements differ from the corresponding estimations for a greater than permissible value, to parry the failure in the linear motion channel by disconnecting the failed sensor from the observer and further estimation according to another sensor working in pairs; formation of a sensor failure in the angular motion channel ( rotation speed sensor or angular position sensor ), if its measurements differ from the corresponding estimations for a greater than permissible value, to parry the failure in the angular motion channel by disconnecting the failed sensor from the observer and further estimation ac-cording to another sensor working in pair; formation of an actuators failure in the linear motion channel ( engine, automation or other device) if a simultaneous or sequential failure of both sensors were detected - linear speed sensor and position sensor, actuator failure alarm in the linear motion channel; formation of an actuators failure in the angular motion channel ( rudders, drives, other devices ) if a simultaneous or sequential failure of both sensors were detected — rotation speed sensor and angular position sensor, actuator failure alarm in the angular motion channel. This method and algorithms make it possible to improve the accuracy and reliability of automatic vessel motion control processes in conditions of large deviations in sensors measurements during maneuvering and failures of sensors and actuators. Results. The proposed method and algorithms for improving the accuracy and reliability of automatic vessel motion control sys-tems in conditions of large deviations in sensors measurements during maneuvering and failures of sensors and actuators were verified by mathematical modeling in the MATLAB environment of the control object movement in a closed circuit with a control system for various types of vessels, navigation areas, weather conditions and cases of large deviations in sensors measurements during maneuver-ing and failures of sensors and actuators. Conclusions. The results of mathematical modeling confirmed the efficiency of the developed method and algorithms and allow to recommend them for practical use in the development of mathematical support for automatic vessel motion control systems in conditions of large deviations in sensors measurements during maneuvering and failures of sensors and actuators. Актуальність. Розглянуті питання підвищення точності і надійності систем автоматичного керування рухом судна при значних відхиленнях вимірюваної сенсорами інформації у процесі маневрування судна та при відмовах сенсорів і виконуючих пристроїв. Об’єктом дослідження є процес автоматичного керування рухом судна при значних відхиленнях вимірюваної сен-сорами інформації у процесі маневрування судна та при відмовах сенсорів і виконуючих пристроїв. Суб’єктом дослідження є метод і алгоритми підвищення точності і надійності систем автоматичного керування рухом судна при значних відхиленнях вимірюваної сенсорами інформації у процесі маневрування судна та при відмовах сенсорів і виконуючих пристроїв. Мета. Метою дослідження є розробка методу та алгоритмів підвищення точності і надійності систем автоматичного керу-вання рухом судна при значних відхиленнях вимірюваної сенсорами інформації у процесі маневрування судна та при відмовах сенсорів і виконуючих пристроїв. Метод. Ця мета досягається за рахунок використання у бортовому контролері системи автоматичного керування рухом судна оцінювача параметрів вектору стану у каналі лінійного руху по даним вимірювання лінійної швидкості і переміщення; оцінювання параметрів вектору стану у каналі кутового руху по даним вимірювання кутової швидкості і переміщення, постій-ного контролю за достовірністю вимірюваної інформації шляхом її порівняння з отриманими оцінками параметрів вектору стану; коригування оцінок у каналі лінійного руху по виміряним сенсорами даним лінійної швидкості і лінійного переміщення, що пройшли перевірку; коригування оцінок у каналі кутового руху по виміряним сенсорами даним кутової швидкості і куто-вого переміщення, що пройшли перевірку; формування відмови датчика у каналі лінійного руху ( датчика лінійної швидкості або датчика лінійного переміщення ), якщо його вимірювання відрізняються від оцінок на величину більшу допустимої, пари-рування відмови датчика у каналі лінійного руху шляхом його відключення від оцінювача та подальшого оцінювання по ін-формації іншого датчика, що працює з ним у парі; формування відмови датчика у каналі кутового руху ( датчика кутової шви-дкості або датчика кутового положення ), якщо його вимірювання відрізняються від оцінок на величину більшу допустимої, парирування відмови датчика у каналі кутового руху шляхом його відключення від оцінювача та подальшого оцінювання параметрів по інформації іншого датчика, що працює з ним у парі; формування відмови по управлінню у каналі лінійного руху ( силової установки, автоматики або іншого виконуючого пристрою ), якщо одночасно, або послідовно, через невеликий про-міжок часу, зафіксована відмова обох датчиків ( лінійної швидкості і лінійного переміщення ), формування алярму про відмо-ву управління у каналі лінійного руху; формування відмови по управлінню у каналі кутового руху ( керма, приводів, інших виконуючих пристроїв ), якщо одночасно або послідовно, через невеликий проміжок часу, зафіксовано відмову обох датчиків ( кутової швидкості і кутового переміщення ), формування алярму у каналі управління кутовим рухом. Даний метод та алго-ритми дозволяють підвищити точність та надійність автоматичної системи керування рухом судна при значних відхиленнях вимірюваної сенсорами інформації у процесі маневрування та при відмовах сенсорів і виконуючих пристроїв. Результати. Запропонований метод і алгоритми підвищення точності і надійності систем автоматичного керування рухом судна були перевірені математичним моделюванням у середовищі MATLAB процесів керування рухом судна у замкнутій схемі із системою керування для різних типів суден, районів плавання, погодних умов, випадків значних відхилень вимірюва-ної інформації при маневруваннях та відмов сенсорів і виконуючих пристроїв. Висновки. Результати проведеного математичного моделювання підтвердили працездатність та ефективність запропоно-ваного метода і алгоритмів та дозволяють рекомендувати їх для практичного використання при розробці математичного за-безпечення бортових контролерів систем автоматичного керування рухом суден, що працюють в умовах значних відхилень вимірюваної інформації у процесі маневрування та в умовах відмов сенсорів і виконуючих пристроїв. Актуальность. Рассмотрены вопросы повышения точности и надежности систем автоматического управления движением судна в условиях повышенных ошибок измерений при маневрировании и отказов сенсоров и исполнительных устройств. Объектом исследования является процесс автоматического управления движением судна в условиях повышенных ошибок измерений при маневрировании и отказов сенсоров и исполнительных устройств. Субъектом исследования является метод и алгоритмы повышения точности и надежности систем автоматического управления движением судна в условиях повышенных ошибок измерений при маневрировании и отказов сенсоров и исполнительных устройств. Цель. Целью исследования является разработка метода и алгоритмов повышения точности и надежности систем автома-тического управления движением судна в условиях повышенных ошибок измерений при маневрировании и отказов сенсоров и исполнительных устройств. Метод. Эта цель достигается за счет использования в бортовом контроллере системы автоматического управления движе-нием судна наблюдающего устройства для оценки параметров вектора состояния в канале линейного движения по данным измерений линейной скорости и перемещения; оценивания параметров вектора состояния в канале углового движения по дан-ным измерений угловой скорости и углового перемещения, постоянного контроля за достоверностью измеряемой информа-ции путем ее сравнения с полученными оценками параметров вектора состояния; корректировки оценок в канале линейного движения по измерениям линейной скорости и линейного перемещения, которые прошли контроль; корректировки оценок в канале углового движения по измеряниям угловой скорости и углового перемещения, которые прошли контроль; формирова-ние отказа датчика в канале линейного движения ( датчика линейной скорости или датчика линейного перемещения ), если его измерения отличаются от оценок на величину, большую допустимой, парирование отказа датчика в канале линейного движе-ния путем его отключения от наблюдателя и дальнейшего оценивания по информации другого датчика, что работает с ним в паре; формирование отказа датчика в канале углового движения ( датчика угловой скорости или датчика углового перемеще-ния ), если его измерения отличаются от оценок на величину, большую допустимой, парирование отказа датчика в канале углового движения путем его отключения от наблюдателя и дальнейшего оценивания по информации другого датчика, что работает с ним в паре; формирование отказа по управлению в канале линейного движения ( силовой установки, автоматики или другого исполнительного устройства ), если одновременно или последовательно, через небольшой промежуток времени, выявлены отказы обеих датчиков ( линейной скорости и линейного перемещения ), формирование аларма об отказе управле-ния в канале линейного движения; формирование отказа по управлению в канале углового движения ( руля, приводов, авто-матики или другого исполнительного устройства ), если одновременно или последовательно, через небольшой промежуток времени, выявлены отказы обеих датчиков ( угловой скорости и углового перемещения ), формирование аларма об отказе управления в канале углового движения. Данный метод и алгоритмы позволяют повысить точность и надежность систем ав-томатического управления движением судна в условиях повышенных ошибок измерений при маневрировании и отказов сен-соров и исполнительных устройств. Результати. Предложенный метод и алгоритмы повышения точности и надежности систем автоматического управления движением судна были проверены математическим моделированием в среде MATLAB процессов управления движением суд-на для различных типов судов, районов плавання, погодних условий, случаев повышенных ошибок измерений при маневриро-вании и отказов сенсоров и исполнительных устройств. Выводы. Результаты проведенного математического моделирования подтверждают работоспособность и эффективность предложенного метода и алгоритмов и позволяют рекомендовать их для практического использования при разработке мате-матического обеспечения бортовых контроллеров систем автоматического управления движением судов, которые работают в условиях повышенных ошибок измерений при маневрировании и отказов сенсоров и исполнительных устройств.
NAVIGATION SAFETY CONTROL SYSTEM DEVELOPMENT THROUGH NAVIGATOR ACTION PREDICTION BY DATA MINING MEANS
(2021) Popovych, I.; Nosov, P.; Zinchenko, S.; Ben, A.; Prokopchuk, Y.; Mamenko, P.; Moiseienko, V.; Kruglyj, D.; Попович, І. С.; Носов, П. С.; Зінченко, С. М.; Бень, А. П.; Прокопчук, Ю. О.; Маменко, П. П.; Мойсеєнко, В. С.; Круглий, Д. Г.
Актуальність. Враховуючи сучасні тенденції розвитку ергатичних систем морського транспорту було визначено фактори впливу навігатора на процеси управління судном. В рамках гіпотези дослідження для підвищення безпеки судноводіння необхідно застосувати прогностичні моделі Data mining та автоматизацію управління рухом судна. Мета. Метою дослідження є розробка системи управління безпекою судноводіння на основі прогнозу дій навігатора в критичних ситуаціях, що дозволить знизити ймовірність виникнення критичних ситуацій під час виконання маневрів. Метод. Запропоновано схему ергатичної системи управління судном та модель ідентифікації впливу «людського фактору» навігатора під час судноводіння. У рамках моделі, що побудована на принципах дерев прийняття рішень навігатором, застосовано прогноз засобами Data mining з урахуванням ідентифікаторів виникнення критичної ситуації. За результатами прогнозу розроблено метод оптимального керуванні рухом судна у критичних ситуаціях що спрацьовує на вузлах дерева прийняття рішень навігатором та знижує імовірність критичного впливу на управління судном. Результати. Запропоновані підходи було апробовано у науково-дослідній лабораторії «Розробки систем підтримки прийняття рішень, ергатичних та автоматизованих систем управління рухом судна». Застосовування тренажеру Navi Trainer 5000 navigation simulator (Wärtsilä Corporation, Фінляндія) та імітаційне моделювання роботи системи управління безпекою судноводіння у критичних ситуаціях дозволила підтвердити її результативність. В результаті апробації було визначено, що активізація системи дозволила зменшити імовірність виникнення критичних ситуацій на 18–54 %. У 11 % випадків система переводила процеси керування рухом судна в автоматичний режим та, як наслідок, знизити рівень ризику виникнення аварійних ситуацій. Висновки. Використання автоматизованих засобів Data mining дозволило нівелювати негативний прояв «людського фактору» навігатора та зменшити середній час на виконання маневрів при куруванні судном до 23 %. Taking into account current trends in the development of ergatic maritime transport systems, the factors of the navigator's influence on vessel control processes were determined. Within the framework of the research hypothesis, to improve navigation safety, it is necessary to apply predictive data mining models and automated vessel control. The paper proposes a diagram of the ergatic vessel control system and a model for identifying the influence of the navigator human factor during navigation. Within the framework of the model based on the principles of navigator decision trees, prediction by data mining means is applied, taking into account the identifiers of the occurrence of a critical situation.Based on the prediction results, a method for optimal vessel control in critical situations was developed, which is triggered at the nodes of the navigator decision tree, which reduces the likelihood of a critical impact on vessel control. The proposed approaches were tested in the research laboratory Development of decision support systems, ergatic and automated vessel control systems. The use of the Navi Trainer 5,000 navigation simulator (Wartsila Corporation, Finland) and simulation of the navigation safety control system for critical situations have confirmed its effectiveness. As a result of testing, it was determined that the activation of the system allowed reducing the likelihood of critical situations by 18-54 %. In 11 % of cases, the system switched the vessel control processes to automatic mode and, as a result, reduced the risk of mergencies. The use of automated data mining tools made it possible to neutralize the negative influence of the "human factor" of the navigator and to reduce the average maneuvering time during vessel navigation to 23 %
RESEARCH OF DIVERGENCE TRAJECTORY WITH A GIVEN RISK OF SHIPS COLLISIONS
(2021) Mamenko, P.; Zinchenko, S.; Nosov, P.; Kyrychenko, K.; Popovych, I.; Nahrybelnyi, Ya.; Kobets, V.; Маменко, П. П.; Носов, П. С.; Попович, І. С.; Зінченко, С. М.; Кириченко, К.; Нагребельний, Я.; Кобець, В. М.
Розглянуто питання оптимального уникнення зіткнення в полі ризику цілі. Запропоновано метод оптимальної дивергенції шляхом маневрування курсом, що дає можливість мінімізувати траєкторію розбіжності при заданому ризику зіткнення та полягає в організації руху судна за траєкторією заданого ризику. Поле ризику цілі – це нормальний закон розподілу, що характеризується середньоквадратичними параметрами невизначеностей, пов’язаних з похибками вимірювання параметрів вектора стану судна і цілі, похибок виконавчих механізмів, похибок використаних математичних моделей, похибок розрахунку тощо. Перевірено працездатність та ефективність запропонованого методу, алгоритму та програмного забезпечення на стенді імітаційного моделювання, який є навігаційним симулятором Navi Trainer 5000 та моделлю бортового контролера, включеного в його локальну мережу з програмним забезпеченням модуля розбіжності ризиків. Стенд для імітаційного моделювання дозволяє розробляти програмне забезпечення систем управління, включаючи розглянутий оптимальний модуль дивергенції, у замкненому контурі з навігаційним симулятором Navi Trainer 5000, використовуючи всі його переваги.
SOLUTION OF THE PROBLEM OF OPTIMIZING ROUTE WITH USING THE RISK CRITERION
(2022) Mamenko, P.; Zinchenko, S.; Kobets, V.; Nosov, P.; Popovych, I. S.; Маменко, П. П.; Зінченко, С. М.; Кобець, В. М.; Носов, П. С.; Попович, І. С.
The aim of the work is to determine the conditions of optimality in the task of plotting the course of the vessel and the operation of divergence of vessels in conditions of intensive navigation. The need for such work is dictated, firstly, by an increase in the intensity of shipping and, secondly, by the emergence of autonomous ships and transport systems, the traffic control algorithms of which obviously require an optimal approach. The criterion of optimality in problems of this class is the expected risk, one of the components of which is the risk of collision of ships. Based on the analysis of methods for constructing ship divergence algorithms, the task is to find a control algorithm that delivers the best results for all participants in the operation. This formulation of the task greatly facilitates the forecast of the actions of all participants in the discrepancy and is especially expedient in the case of participation in the operation of an autonomous system or a ship with which no contact has been established. Theoretically, the task belongs to the most difficult class of control problems - optimal control of a distributed dynamic system with a vector - a goal functional [3, 5, 8, 13–15]. The ability to obtain a general solution to the task of optimal ship control makes this study expedient. Метою роботи є оптимізація прокладки маршруту судна та операцій розходження суден в умовах інтенсивної навігації. Потреба у такій роботі пояснюється тим, що за останні роки суттєво збільшилась інтенсивність судноплавства, а також з’явилися автономні судна і транспортні системи, алгоритми керування якими орієнтовані на оптимізацію процесів керування. У задачі, що розглядається, критерієм оптимальності є очікуваний ризик як у задачі прокладки маршруту, так і у задачі розходження суден. Базуючись на існуючих методах, задачею дослідження є синтез такого алгоритму розходження, який забезпечив би найкращий результат для усіх учасників операції. Таке формулювання завдання суттєво полегшує прогноз дій усіх учасників операції, особливо у випадках участі у розходженні автономної системи чи судна, з яким не встановлено контакту. Теоретично задача належить до найбільш складного класу задач оптимального керування з цільовим вектор-функціоналом. Можливість отримати рішення такої задачі робить дане дослідження дуже важливим.
Use of Simulator Equipment for the Development and Testing of Vessel Control Systems
(2020) Zinchenko, S. M.; Mateichuk, V.; Nosov, P. S.; Popovych, I. S.; Solovey, O.; Mamenko, P.; Grosheva, O.; Зінченко, С. М.; Матейчук, В. М.; Носов, П. С.; Попович, І. С.; Соловей, О. С.; Маменко, П. П.; Грошева, О. О.
One of the ways to reduce human influence on the control process is the development of automated and automatic control systems. Modern control systems are quite complex and require preliminary ground testing. The article considers the issues of creating Imitation Modelling Stand for such control system synthesis and testing. For this reason, a Control System Model was integrated into the local computer network of the navigation simulator NTPRO 5000. The authors of the paper developed and tested software for information exchange between the navigation simulator and the Control System Model. The authors also developed a functional module of collision avoidance with many targets for testing in a closed loop system with virtual training objects. The results showed that the developed Imitation Modelling Stand allowed developing and testing functional modules of the control systems. In comparison with the found analogues, it is easy to include in a closed simulation cycle various models of command devices, actuators, control objects, objects of training scene, weather conditions; it is universal both for solving problems of manual control and for developing and testing automatic and automated control systems; it is not highly specialised and is created at minimal costs. Одним із способів зменшити вплив людини на процеси керування є розробка автоматизованих та автоматичних систем керування. Сучасні системи керування досить складні і вимагають попередніх наземних випробувань. У статті розглянуті питання створення стенду імітаційного моделювання для розробки і тестування таких систем керування. Для цього модель системи керування була інтегрована у локальну обчислювальну мережу навігаційного тренажера NTPRO 5000, розроблене і протестоване програмне забезпечення обміну інформацією між навігаційним тренажером та моделлю системи керування, розроблено функціональний модуль автоматичного розходження з багатьма цілями для тестування у замкнутому контурі з віртуальними об'єктами тренажера. Результати проведеного моделювання показали, що стенд імітаційного моделювання дозволяє розробляти та тестувати функціональні модулі систем автоматичного керування; у порівнянні із знайденими аналогами дозволяє досить легко включати у замкнуту схему моделювання моделі командних приладів, виконавчих пристроїв, об'єктів керування, об'єктів тренажерної сцени, погодних умов; є універсальним як для вирішення задач ручного керування, так і для розробки і тестування автоматичних та автоматизованих систем керування; не є вузькоспеціалізованим і створюється з мінімальними затратами.