AUTOMATIC OPTIMAL CONTROL OF A VESSEL WITH REDUNDANT STRUCTURE OF EXECUTIVE DEVICES

Abstract

The article considers the issues of automatic control of the vessel movement with a redundant control structure. Redundant structures are now widely used on all vessels with a dynamic positioning system to improve control efficiency (accuracy, maneuverability, reduce energy consumption and emissions), reliability and environmental safety. A brief review of the literature on the use of redundant structures to improve control efficiency is made. In open sources, the authors have not found solutions that improve the efficiency of the control by using redundant structures of actuators. Therefore, it was concluded that the development of such systems is relevant. Several schemes for splitting control into executive devices of a redundant structure, including an optimal splitting scheme, are considered. A comparative analysis of the considered splitting schemes with the optimal one is carried out. Comparative analysis showed that the use of optimal control of the redundant structure of actuators allows increasing the accuracy of dynamic positioning by (20–40)%, depending on the direction of the created control, as well as reducing fuel consumption by (30–100)%, which determines its advantages over known solutions. The mathematical and software support for an automatic optimal control system with redundant control has been developed. The operability and efficiency of the mathematical and software support were tested in a closed circuit with a control object in the MATLAB environment. The conducted experiments confirmed the operability and efficiency of the developed method, algorithms and software and allow to recommend them for practical use in the development of vessel control systems with redundant control structures. У статті розглядаються питання автоматичного керування рухом судна із надлишковою структурою виконавчих пристроїв. Надлишкові структури виконавчих пристроїв широко використовуються на суднах з динамічною системою позиціонування для підвищення надійності та ефективності керування (точності, маневреності, зменшення енергоспоживання та викидів). Зроблено короткий огляд літератури щодо використання надлишкових структур у системах керування. Виявлено, що традиційно надлишкові структури використовуються для підвищення надійності за рахунок резервування та ефективності у системах динамічного позиціонування у ручному режимі. Запропоновано використовувати оптимальне керування надлишковими структурами у автоматичному режимі. Розглянуто кілька схем розщеплення, включаючи оптимальну, сумарних керуючих сил і моменту по виконавчим пристроям надлишкової структури. Проведено порівняльний аналіз розглянутих схем розщеплення з оптимальною, який показав, що використання оптимального керування надлишковою структурою дозволяє підвищити точність динамічного позиціонування на (20-40)% та зменшити витрати палива на (30-100 )%, у залежності від напрямку створюваної керуючої сили, що визначає переваги оптимального керування перед відомими рішеннями. Розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення автоматичної системи оптимального керування із надлишковою структурою виконавчих пристроїв. Працездатність та ефективність методу, алгоритмічного і програмного забезпечення перевірені математичним моделюванням у замкнутому контурі з об'єктом керування у середовищі MATLAB.