The vessel movement optimisation with excessive control

Abstract

The article discusses the issues of automatic control of the vessel’s movement using excessive control, which allows to organize the movement of the vessel without a drift angle, to reduce the hydrodynamic resistance and fuel consumption. Issues of reducing energy consumption and fuel economy on board, as well as related issues of reducing emissions and improving the environment are especially relevant at the present time. A brief review of literature devoted to improving the energy efficiency of ships was carried out. As a result of the analysis, it was found that the issues of improving energy efficiency are solved in various ways, for example, constructively, by reducing weight, hydrodynamic and aerodynamic drag of the hull, using a sail, creating more advanced power plants, however, the authors have not found methods and algorithms for reducing hydrodynamic drag and fuel consumption through the use of excessive control. It is concluded that the development of such systems is relevant. Mathematical, algorithmic, and software have been developed for an onboard controller simulator of a vessel’s motion control system with excessive control, the operability and efficiency of which has been verified by numerical simulation in a closed circuit with a mathematical model of the control object for various types of vessels, navigation areas and weather conditions. The experiments have confirmed the efficiency and effectiveness of the developed method, algorithmic and software, and allow us to recommend them for practical use in the development of mathematical support for vessel control systems with excessive control. У статті розглядаються питання автоматичного управління рухом судна з використанням надлишкового управління, що дозволяє організувати рух судна без кута дрейфу, зменшити гідродинамічний опір та витрату палива. Завдання скорочення енергоспоживання та економії палива на борту, а також пов’язані з ними питання скорочення викидів та збереження стану навколишнього середовища особливо актуальні в даний час. Проведений короткий огляд літературних джерел, пов’язаних з підвищенням енергоефективності суден. У результаті перевіреного аналізу встановлено, що питання підвищення енергоефективності вирішуються різними способами, наприклад, конструктивно, шляхом зниження ваги, гідродинамічного та аеродинамічного опору корпусу, за допомогою паруса, створення більш досконалих силових установок, однак, авторами не знайдено методи та алгоритми зменшення гідродинамічного опору та витрати палива за рахунок використання надлишкового управління. Зроблено висновок про актуальність розробок таких систем. Розроблено математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення для імітатора бортового контролера системи управління рухом судна з надлишковим управлінням, роботоздатністю та ефективністю, яке перевірено за допомогою численного моделювання в замкнутій схемі з математичною моделлю об’єкта управління для різних типів суден, районів плавання та погодних умов. Проведені експерименти підтвердили роботоздатність та ефективність розробленого методу, алгоритмічного і програмного забезпечення та дозволяють рекомендувати їх для практичного використання при розробці математичного забезпечення системи управління суднами з надлишковим управлінням. В статье рассмотрены вопросы автоматического управления движением судна с использованием избыточного управления, что позволяет организовать движение судна без угла дрейфа, снизить гидродинамическое сопротивление и расход топлива. Вопросы сокращения энергопотребления и экономии топлива на борту, а также связанные с ними вопросы сокращения выбросов и улучшения состояния окружающей среды особенно актуальны в настоящее время. Проведен краткий обзор литературных источников, посвященных повышению энергоэффективности судов. В результате проведенного анализа выявлено, что вопросы повышения энергоэффективности решаются различными способами, например, конструктивно, путем снижения веса, гидродинамического и аэродинамического сопротивления корпуса, с помощью паруса, создания более совершенных силовых установок. Однако авторами не найдены методы и алгоритмы уменьшения гидродинамического сопротивления и расхода топлива за счет использования избыточного управления. Сделан вывод об актуальности разработки таких систем. Разработано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для имитатора бортового контроллера системы управления движением судна с избыточным управлением, работоспособность и эффективность которых проверена численным моделированием в замкнутой схеме с математической моделью объекта управления для различных типов судов, районов плавания и погодных условий. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность и эффективность разработанного метода, алгоритмического и программного обеспечения и позволяют рекомендовать их для практического использования при разработке математического обеспечения систем управления судами с избыточным управлением.