RU2403169C1 - Device for ship automatic approach to berth - Google Patents
Device for ship automatic approach to berth Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403169C1 RU2403169C1 RU2009138837/11A RU2009138837A RU2403169C1 RU 2403169 C1 RU2403169 C1 RU 2403169C1 RU 2009138837/11 A RU2009138837/11 A RU 2009138837/11A RU 2009138837 A RU2009138837 A RU 2009138837A RU 2403169 C1 RU2403169 C1 RU 2403169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- unit
- output
- parameters
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области судовождения, в частности к системам автоматического управления движением судна.The invention relates to the field of navigation, in particular to systems for automatically controlling the movement of a vessel.
Наиболее близким к изобретению является система автоматического управления судном RU 2248914 С1, МПК 8 В63Н 25/04, опубл. 27.03.2005, содержащая блок измерения текущих параметров движения судна с датчиками путевого угла, угловой скорости, датчик кормовых рулей, выходы которых подключены к входам первого сумматора-усилителя, выход которого соединен с входом рулевого привода кормовых рулей, датчик угла дрейфа и датчик носовых рулей, выход которого подключен к первому входу второго сумматора-усилителя, датчик и задатчик бокового смещения судна, задатчик допустимого угла дрейфа и блок логики. Указанные сумматоры-усилители образуют блок выработки сигналов управления движение судна при его швартовке. Система автоматического управления судном RU 2248914 С1 обеспечивает автоматическое движение судна с заданным углом дрейфа и заданным боковым параллельным перемещением (швартовкой) при одновременной стабилизации заданного угла курса.Closest to the invention is a system for automatic control of a vessel RU 2248914 C1, IPC 8 V63H 25/04, publ. 03/27/2005, containing a unit for measuring the current parameters of the vessel’s motion with directional angle, angular velocity sensors, aft sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the first adder-amplifier, the output of which is connected to the input of the steering drive of the aft steering wheels, a drift angle sensor and a nose bow sensor , the output of which is connected to the first input of the second adder-amplifier, a sensor and a vessel lateral displacement adjuster, a permissible drift angle adjuster, and a logic unit. These adders-amplifiers form a block for generating control signals for the movement of the vessel when it is moored. The system of automatic control of the vessel RU 2248914 C1 provides automatic movement of the vessel with a given drift angle and a given lateral parallel movement (mooring) while stabilizing a given heading angle.
Система, описанная в патенте RU 2248914 С1, обладает следующими недостатками: а) при приближении судна к причалу скорость должна снижаться, а это будет вызывать понижение эффективности кормовых и носовых рулей, что приведет к уменьшению точности выхода судна к причалу; б) на абсолютном большинстве существующих и строящихся судов носовой руль отсутствует, что делает невозможным применение этой системы на большинстве современных судов.The system described in patent RU 2248914 C1 has the following disadvantages: a) when the vessel approaches the berth, the speed should decrease, and this will cause a decrease in the efficiency of stern and bow rudders, which will lead to a decrease in the accuracy of the ship's exit to the berth; b) on the vast majority of existing and under construction vessels, the bow wheel is absent, which makes it impossible to use this system on most modern ships.
Техническим результатом является обеспечение безударного автоматического подхода судна к причалу с высокой точностью.The technical result is to provide a shock-free automatic approach of the vessel to the berth with high accuracy.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для автоматического подхода судна к причалу, содержащем главные движители, кормовое и носовое подруливающие устройства, блок измерения текущих параметров движения судна с датчиками путевого угла, угловой скорости поворота и курса судна, блок выработки сигналов управления, выходами подключенного к главным движителям, к кормовому и носовому подруливающим устройствам, блок измерения текущих параметров движения судна снабжен датчиками координат центра масс, скорости поступательного движения и силы тяги главных движителей судна, введены автоматические регуляторы поступательной скорости, путевого угла и угла курса судна, с тремя входами каждый, блок расчета теоретической траектории с тремя входами и тремя выходами, вычислитель заданных параметров движения судна с четырьмя входами и тремя выходами и блок постоянной памяти с четырьмя выходами, в котором записаны параметры точки остановки, формируемые на первом выходе блока постоянной памяти, минимальный допустимый радиус кривизны траектории движения судна, формируемый на втором выходе блока постоянной памяти, коэффициенты законов управления поступательной скоростью, путевым углом, углом курса судна, формируемые на третьем выходе блока постоянной памяти, и параметры, определяющие закон торможения судна, формируемые на четвертом выходе блока постоянной памяти, при этом первые входы указанного блока расчета, автоматических регуляторов и третий вход вычислителя заданных параметров движения судна соединены с выходом упомянутого блока измерения текущих параметров движения судна, второй и третий входы указанного блока расчета подключены соответственно к первому и второму выходам блока постоянной памяти, а первый, второй и третий выходы указанного блока расчета связаны с судоводителем, первым и вторым входами вычислителя заданных параметров движения судна соответственно, четвертый вход которого подключен к четвертому выходу блока постоянной памяти, а первый, второй и третий выходы указанного вычислителя соединены соответственно со вторыми входами указанных автоматических регуляторов, третьими входами подключенных к третьему выходу блока постоянной памяти, а выходами - к первому, второму и третьему входам блока выработки сигналов управления соответственно, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока постоянной памяти.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for the automatic approach of the vessel to the berth, containing the main propulsors, stern and bow thrusters, a unit for measuring the current parameters of the vessel’s motion with sensors for the directional angle, angular speed of turn and course of the vessel, a block for generating control signals, outputs connected to the main movers, to the stern and bow thrusters, the unit for measuring the current motion parameters of the vessel is equipped with sensors for the coordinates of the center of mass, speed positive movement and traction force of the main propulsors of the vessel, automatic regulators of the translational speed, ground angle and course angle of the vessel, with three inputs each, a unit for calculating the theoretical trajectory with three inputs and three outputs, a calculator of the set parameters of the vessel with four inputs and three outputs and a unit of permanent memory with four outputs, in which are recorded the parameters of the stopping point formed at the first output of the unit of permanent memory, the minimum permissible radius of curvature of the trajectory of movement of the court a, formed at the second output of the permanent memory unit, coefficients of the laws of control of translational speed, ground angle, the course angle of the vessel, formed at the third output of the permanent memory unit, and parameters that determine the law of deceleration of the vessel, formed at the fourth output of the permanent memory unit, while the first the inputs of the specified calculation unit, automatic regulators and the third input of the calculator of the given parameters of the vessel’s movement are connected to the output of the said block of measurement of the current parameters of the vessel’s movement, the second and the third inputs of the specified calculation unit are connected respectively to the first and second outputs of the permanent memory unit, and the first, second and third outputs of the specified calculation unit are connected with the skipper, the first and second inputs of the calculator of the given parameters of the vessel’s movement, respectively, the fourth input of which is connected to the fourth output of the constant unit memory, and the first, second and third outputs of the specified calculator are connected respectively to the second inputs of these automatic regulators, the third inputs connected to retemu output permanent memory unit, and outputs - to the first, second and third input unit generating a control signal, respectively, a fourth input coupled to a third output of the permanent memory unit.
Отличие устройства также заключается в том, что указанный блок расчета содержит последовательно соединенные между собой вычислитель набора параметров, входы которого являются первым и вторым входами указанного блока расчета, вычислитель оптимальных значений и блок сравнения, второй вход которого является третьим входом указанного блока расчета, первый, второй и третий выходы которого образованы соответственно выходом блока сравнения и вторыми выходами упомянутых вычислителей блока расчета.The difference between the device also lies in the fact that the specified calculation unit contains a series-set calculator, the inputs of which are the first and second inputs of the specified calculation unit, the optimal value calculator and the comparison unit, the second input of which is the third input of the specified calculation unit, the first, the second and third outputs of which are formed respectively by the output of the comparison unit and the second outputs of the said calculators of the calculation unit.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг.1 - структурно-функциональная схема устройства для автоматического подхода судна к причалу.Figure 1 - structural and functional diagram of a device for the automatic approach of the vessel to the berth.
Фиг.2 - функциональная схема блока расчета теоретической траектории подхода судна к причалу.Figure 2 is a functional block diagram of the calculation of the theoretical trajectory of the approach of the vessel to the berth.
Устройство для автоматического подхода судна к причалу содержит блок 1 расчета теоретической траектории (фиг.1), блок 2 постоянной памяти, вычислитель 3 заданных параметров движения, автоматический регулятор 4 поступательной скорости, автоматический регулятор 5 путевого угла, автоматический регулятор 6 угла курса, блок 7 измерения текущих параметров движения, блок 8 выработки сигналов управления. Блок 7 измерения текущих параметров движения механически связан с корпусом судна 9.A device for the automatic approach of the vessel to the berth comprises a theoretical trajectory calculation unit 1 (FIG. 1), a
Первый вход блока 1 расчета теоретической траектории связан с выходом блока 7 измерения текущих параметров движения. Второй вход блока 1 расчета теоретической траектории связан с первым выходом блока 2 постоянной памяти. Третий вход блока 1 расчета теоретической траектории связан со вторым выходом блока 2 постоянной памяти. Первый выход блока 1 расчета теоретической траектории передает информацию судоводителю. Второй выход блока 1 расчета теоретической траектории связан с первым входом вычислителя 3 заданных параметров движения. Третий выход блока 1 расчета теоретической траектории связан со вторым входом вычислителя 3 заданных параметров движения.The first input of the theoretical
Третий вход вычислителя 3 заданных параметров движения связан с выходом блока 7 измерения текущих параметров движения. Четвертый вход вычислителя 3 заданных параметров движения связан с четвертым выходом блока 2 постоянной памяти. Первый выход вычислителя 3 заданных параметров движения связан со вторым входом автоматического регулятора 4 поступательной скорости. Второй выход вычислителя 3 заданных параметров движения связан со вторым входом автоматического 5 регулятора путевого угла. Третий выход вычислителя 3 заданных параметров движения связан со вторым входом автоматического регулятора 6 угла курса.The third input of the
Первый вход автоматического регулятора 4 поступательной скорости связан с выходом блока 7 измерения текущих параметров движения. Третий вход автоматического 4 регулятора поступательной скорости связан с третьим выходом блока 2 постоянной памяти. Выход автоматического регулятора 4 поступательной скорости связан с первым входом блока 8 выработки сигналов управления.The first input of the automatic
Первый вход автоматического регулятора 5 путевого угла связан с выходом блока 7 измерения текущих параметров движения. Третий вход автоматического регулятора 5 путевого угла связан с третьим выходом блока 2 постоянной памяти. Выход автоматического регулятора 5 путевого угла связан со вторым входом блока 8 выработки сигналов управления.The first input of the
Первый вход автоматического регулятора 6 угла курса связан с выходом блока 7 измерения текущих параметров движения. Третий вход автоматического регулятора 6 угла курса связан с третьим выходом блока 2 постоянной памяти. Выход автоматического регулятора 6 угла курса связан с третьим входом блока 8 выработки сигналов управления.The first input of the automatic controller 6 of the course angle is connected with the output of
Первый выход блока 8 выработки сигналов управления связан с системой управления носовым подруливающим устройством (СУ НПУ) судна 9. Второй выход блока 8 выработки сигналов управления связан с системой управления кормовым подруливающим устройством (СУ КПУ) судна 9. Третий выход блока 8 выработки сигналов управления связан с системой управления главными движителями (СУ ГД) судна 9.The first output of the control
Блок 1 расчета теоретической траектории содержит вычислитель 10 набора параметров Р0 (фиг.2), вычислитель 11 оптимальных значений параметров d0m и d1m, блок 12 сравнения. Выход блока 7 измерения текущих параметров движения соединен с первым входом вычислителя 10 набора параметров Р0. Первый выход блока 2 постоянной памяти соединен со вторым входом вычислителя 10 набора параметров Р0 10, образующим второй вход блока 1 расчета теоретической траектории. Первый выход вычислителя 10 набора параметров Р0 соединен с входом вычислителя 11 оптимальных значений параметров d0m и d1m. Второй выход вычислителя 10 набора параметров Р0, образующий третий выход блока 1 расчета теоретической траектории, соединен со вторым входом вычислителя 3 заданных параметров движения. Первый выход вычислителя 11 оптимальных значений параметров d0m и d1m соединен с первым входом блока 12 сравнения. Второй выход блока 2 постоянной памяти соединен со вторым входом блока 12 сравнения, образующим третий вход блока 1 расчета, теоретической траектории. Выход блока 12 сравнения, образующий первый выход блока 1 расчета теоретической траектории, передает информацию судоводителю. Второй выход вычислителя 11 оптимальных значений параметров d0m и d1m, образующий второй выход блока 1 расчета теоретической траектории, соединен с первым входом вычислителя 3 заданных параметров движения.
Устройство для автоматического подхода судна к причалу работает следующим образом.A device for the automatic approach of the vessel to the pier works as follows.
Перед началом работы устройства в блок 2 постоянной памяти записываются следующие данные: направление нормали к причальной стенке, направленной в сторону берега, ϕпу n и координаты конечной точки траектории подхода к причалу - широта ϕп, долгота λп; минимальный допустимый радиус кривизны траектории движения судна Rmin доп.; коэффициент закона управления поступательной скоростью kν, умножающийся на отклонение текущей путевой скорости от заданной; коэффициенты закона управления путевым углом - коэффициент kd, умножающийся на величину текущего бокового отклонения судна от заданной траектории, коэффициент kϕ_пу, умножающийся на отклонение текущего путевого угла от заданного; коэффициенты закона управления углом курса - коэффициент kϕ к, умножающийся на отклонение текущего курса от заданного, коэффициент kω, умножающийся на текущее значение угловой скорости поворота судна в горизонтальной плоскости.Before starting the operation of the device, the following data is recorded in the permanent memory block 2: the direction of the normal to the berth wall directed toward the coast, ϕ p n and the coordinates of the end point of the trajectory of approach to the berth - latitude ϕ p , longitude λ p ; minimum permissible radius of curvature of the trajectory of the vessel R min add. ; coefficient of the law of control of translational speed k ν , multiplied by the deviation of the current ground speed from a given; coefficients of the control angle law - the coefficient k d multiplied by the value of the current lateral deviation of the vessel from a given trajectory, the coefficient k ϕ _ pu , multiplied by the deviation of the current track angle from a given; coefficients of the heading angle control law - coefficient k ϕ k , multiplied by the deviation of the current course from the given one, coefficient k ω , multiplied by the current value of the angular velocity of rotation of the vessel in the horizontal plane.
В момент принятия решения судоводителем о начале подхода к причалу блок 1 расчета теоретической траектории вырабатывает сигнал ξ, который принимает значение 1, если из текущего состояния движения судна можно выполнять автоматический подход к причалу, или 0 в обратном случае.At the time of making a decision by the skipper about the beginning of the approach to the berth, the theoretical
Если судоводитель принял решение об автоматическом подходе к причалу, то с заданной периодичностью цикла управления начинают работать: вычислитель 3 заданных параметров движения, автоматический регулятор 4 поступательной скорости, автоматический регулятор 5 путевого угла, автоматический регулятор 6 угла курса, блок 7 измерения параметров движения, блок 8 выработки сигналов управления, а носовое подруливающее устройство, кормовое подруливающее устройство и главный движитель начинают отрабатывать соответствующие сигналы управления.If the boatmaster has decided on an automatic approach to the berth, then with a given frequency of the control cycle, the following ones begin to work:
Для обеспечения проведения расчетов введем местную систему координат XY, начало координат которой совпадет с конечной точкой траектории подхода к причалу (ϕп, λп); ось Х направлена на восток, ось Y направлена на север.To ensure the calculations, we introduce the local coordinate system XY, the origin of which coincides with the end point of the trajectory of approach to the berth (ϕ p , λ p ); X axis is directed east, Y axis is directed north.
Когда принимается решение об автоматическом подходе к причалу в блоке 1 расчета теоретической траектории, выполняются следующие действия. Начинает работать вычислитель 10 набора параметров Р0, входящий в состав блока 1 расчета теоретической траектории.When a decision is made on the automatic approach to the berth in
Вычислитель 10 набора параметров Р0 получает: от блока 7 измерений текущих параметров текущие географические координаты (ϕцм0, λцм0), текущий путевой угол судна ϕпу 0, текущую угловую скорость поворота корпуса судна в горизонтальной плоскости ω0, текущую скорости судна ν0; от блока 2 постоянной памяти направление нормали к причальной стенке, направленной в сторону берега, ϕпу n, координаты конечной точки траектории подхода к причалу: широта ϕп, долгота λп, минимальный допустимый радиус кривизны траектории движения судна Rmin доп.The
Вычислитель 10 набора параметров Р0 переводит географические координаты текущего положения центра масс судна (ϕцм0, λцм0) и координаты конечной точки траектории подхода к причалу (ϕп, λп) в координаты в местной системе координат r0=(х0,y0)T и r1=(х1,y1)T соответственно.The
Вычислитель 10 набора параметров Р0 заполняет элементы набора параметров Р0 согласно выражению (1) и передает набор параметров Р0 в вычислитель 11 оптимальных значений параметров d0m и d1m.The
где r0=(x0,y0)T - двумерный вектор координат начальной точки теоретической траектории в местной системе координат,where r0 = (x0, y0) T is the two-dimensional coordinate vector of the starting point of the theoretical trajectory in the local coordinate system,
r1=(x1,y1)T - двумерный вектор координат конечной точки траектории подхода к причалу,r1 = (x1, y1) T is the two-dimensional coordinate vector of the end point of the trajectory of approach to the berth,
ϕпу 0 - текущий путевой угол судна,ϕ PU 0 - the current directional angle of the vessel,
ϕпу n - направление нормали к причальной стенке, направленной в сторону берега,ϕ PU n - the direction of the normal to the mooring wall directed towards the shore,
d0, d1 - начальное приближение положительных чисел, определяющих кривизну во внутренних точках теоретической траектории подхода судна к причалу,d0, d1 - the initial approximation of positive numbers that determine the curvature at the internal points of the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth,
k0 - кривизна в начальной точке теоретической траектории r0.k0 is the curvature at the initial point of the theoretical trajectory r0.
В блоке 1 расчета теоретической траектории текущий путевой угол судна ϕпу 0 используется как путевой угол в начальной точке теоретической траектории.In
Кривизна k0 в точке (ϕс0, ϕс0) вычисляется с помощью формулы (2).The curvature k0 at the point (ϕ c0 , ϕ c0 ) is calculated using formula (2).
где ω0 - угловая скорость поворота корпуса судна в горизонтальной плоскости в начальной точке теоретической траектории,where ω 0 is the angular velocity of the hull in the horizontal plane at the starting point of the theoretical trajectory,
ν0 - продольная скорость движения судна в начальной точке теоретической траектории.ν 0 is the longitudinal velocity of the vessel at the starting point of the theoretical trajectory.
Точка r0 является точкой соединения предыдущей фактической траектории движения судна и начальной точки теоретической траектории выхода судна на заданную прямолинейную траекторию прохождения узкости.Point r0 is the connection point of the previous actual trajectory of the ship and the starting point of the theoretical trajectory of the ship on a given straight line narrowness trajectory.
Вычислитель 10 набора параметров Р0 вычисляет расстояние ρ0 в местной системе координат от точки r0 начала теоретической траектории до точки r1 конца траектории подхода к причалу по формуле (3) и передает расстояние ρ0 в вычислитель заданных параметров движения 3.The
где r0 - двумерный вектор координат начальной точки теоретической траектории в местной системе координат,where r0 is the two-dimensional coordinate vector of the starting point of the theoretical trajectory in the local coordinate system,
r1 - двумерный вектор координат конца траектории подхода к причалу в местной системе координат.r1 is the two-dimensional coordinate vector of the end of the approach path to the berth in the local coordinate system.
Вычислитель 11 оптимальных значений параметров d0m, и d1m работает следующим образом. Для математического описания теоретической траектории подхода судна к причалу используется векторный вещественный полином (4).The
где коэффициенты полинома a0, a1,…, an - постоянные двумерные векторы,where the coefficients of the polynomial a 0 , a 1 , ..., a n are constant two-dimensional vectors,
Базисные полиномы Бернштейна используются для представления теоретической траектории подхода судна к причалу, т.к. они обладают более высокой вычислительной устойчивостью, чем обычные степенные полиномы.Bernstein’s basic polynomials are used to represent the theoretical trajectory of the ship’s approach to the berth, as they have higher computational stability than ordinary power polynomials.
Первая и вторая производные полинома R5(u) могут быть представлены выражениями (6) и (7) соответственно.The first and second derivatives of the polynomial R 5 (u) can be represented by expressions (6) and (7), respectively.
где a0, a1, …, a5 - двумерные коэффициенты полинома R5(u).where a 0 , a 1 , ..., a 5 are two-dimensional coefficients of the polynomial R 5 (u).
При u, изменяющемся от 0 до 1, точка R5(u) перемещается в местной системе координат XY по теоретической траектории подхода судна к причалу от начальной точки r0 теоретической траектории до конечной точки теоретической траектории r1.When u varies from 0 to 1, the point R 5 (u) moves in the local coordinate system XY along the theoretical path of the vessel to the berth from the starting point r0 of the theoretical path to the end point of the theoretical path r1.
Значения параметров d0m и d1m, которые обеспечивают минимальную величину максимальной кривизны теоретической траектории подхода судна к причалу, находятся с помощью решения следующей минимаксной задачи (8).The values of the parameters d0 m and d1 m , which provide the minimum maximum curvature of the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth, are found by solving the following minimax problem (8).
где k(d0, d1, u) - кривизна кривой, задаваемой векторным полиномом R5(u),where k (d0, d1, u) is the curvature of the curve defined by the vector polynomial R 5 (u),
km - минимум максимальной кривизны теоретической траектории подхода судна к причалу.k m - the minimum maximum curvature of the theoretical trajectory of the approach of the vessel to the berth.
Кривизна k(d0, d1, u) вычисляется по известной формуле (9)The curvature k (d0, d1, u) is calculated by the well-known formula (9)
где R'5(u)- первая производная по u векторного полинома R5(u),where R ' 5 (u) is the first derivative with respect to u of the vector polynomial R 5 (u),
R''5(u) - вторая производная по u векторного полинома R5(u).R '' 5 (u) is the second derivative with respect to u of the vector polynomial R 5 (u).
Двумерные коэффициенты a0, a1, … a5, использующиеся в векторных полиномах R5(u), R'5(u), R''5(u), вычисляются по формулам (10)The two-dimensional coefficients a 0 , a 1 , ... a 5 used in the vector polynomials R 5 (u), R ' 5 (u), R'' 5 (u) are calculated by the formulas (10)
где r0 - двумерный вектор координат начальной точки теоретической траектории в местной системе координат,where r0 is the two-dimensional coordinate vector of the starting point of the theoretical trajectory in the local coordinate system,
d0m - параметр, который обеспечивает минимальную величину максимальной кривизны теоретической траектории подхода судна к причалу,d0 m is a parameter that provides the minimum value of the maximum curvature of the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth,
ϕпу 0 - путевой угол в начальной точке теоретической траектории,ϕ PU 0 - the track angle at the starting point of the theoretical trajectory,
k0 - кривизна в начальной точке теоретической траектории r0,k0 is the curvature at the initial point of the theoretical trajectory r0,
d1m - параметр, который обеспечивает минимальную величину максимальной кривизны теоретической траектории подхода судна к причалу,d1 m is a parameter that provides the minimum value of the maximum curvature of the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth,
ϕпу n - направление нормали к причальной стенке, направленной в сторону берега.ϕ PU n - the direction of the normal to the mooring wall directed towards the shore.
Набор коэффициентов A={a0, a1, …, a5} векторного полинома R5(u) соответствующих оптимальным значениям параметров d0m и d1m, найденным в выражении (8), передается в вычислитель 3 заданных параметров движения.The set of coefficients A = {a 0 , a 1 , ..., a 5 } of the vector polynomial R 5 (u) corresponding to the optimal values of the parameters d0 m and d1 m found in expression (8) is transferred to the
Минимальный радиус кривизны Rmin=1/km теоретической траектории подхода судна к причалу вычисляется по формуле (11) и передается в блок 12 сравнения.The minimum radius of curvature R min = 1 / k m of the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth is calculated by formula (11) and transferred to the
Блок 12 сравнения работает следующим образом. Блок 12 сравнения получает от блока 2 постоянной памяти минимальный допустимый радиус кривизны теоретической траектории Rmin доп. Если минимальный радиус кривизны теоретической траектории Rmin меньше минимального допустимого радиуса кривизны траектории судна Rmin доп, то сигналу ξ присваивается 0, что сообщает судоводителю о невозможности вывода судна на заданную прямолинейную траекторию прохождения узкости из текущего положения судна. Судоводитель должен принять решение о переводе судна в другое исходное положение.
Если минимальный радиус кривизны теоретической траектории Rmin не меньше минимального допустимого радиуса кривизны траектории судна Rmin доп, то сигналу ξ присваивается 1, что сообщает судоводителю о возможности выполнения автоматического подхода к причалу.If the minimum radius of curvature of the theoretical trajectory R min is not less than the minimum permissible radius of curvature of the trajectory of the vessel R min additional , then signal ξ is assigned 1, which informs the skipper about the possibility of an automatic approach to the berth.
Сигнал ξ блок сравнения 12 передает судоводителю для принятия решения о дальнейших действиях.The signal ξ is transmitted by the
В начале работы вычислитель 3 заданных параметров движения принимает от блока 7 измерения текущих параметров движения продольную скорость движения судна ν0, путевой угол судна ϕпу 0, принимает от блока 2 постоянной памяти положительные параметры kνз, ρνз, определяющие закон торможения судна и направление нормали к причальной стенке ϕпу n, направленной в сторону берега.At the beginning of the work, the
В вычислителе 3 заданных параметров движения на каждом цикле управления выполняются следующие действия. Вычислитель 3 заданных параметров движения принимает от блока 7 измерения текущих параметров движения, географические координаты текущего положения центра масс судна (ϕцм, λцм) и преобразует их в двумерный вектор координат r в местной системе координат. Для вычисления заданных параметров движения, соответствующих текущему положению судна, с помощью выражений (12) вычисляется значение скалярного параметра uз.In the
где r двумерный вектор координат текущего положения судна в местной системе координат,where r is a two-dimensional coordinate vector of the current position of the vessel in the local coordinate system,
r0 - двумерный вектор координат начальной точки теоретической траектории в местной системе координат,r0 is the two-dimensional coordinate vector of the starting point of the theoretical trajectory in the local coordinate system,
ρ0 - расстояние от начальной точки теоретической траектории до конечной точки траектории подхода судна к причалу.ρ0 is the distance from the starting point of the theoretical trajectory to the end point of the trajectory of the vessel’s approach to the berth.
В случае нахождения судна вблизи теоретической траектории подхода судна к причалу параметр uз, вычисленный по формуле (12), обеспечивает получение координат точки rз=R5(uз) на теоретической траектории подхода к причалу, близкой к текущему положению судна.If the vessel is located near the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth, the parameter u z calculated according to the formula (12) provides the coordinates of the point r z = R 5 (u z ) on the theoretical trajectory of the approach to the berth close to the current position of the vessel.
Затем с помощью формулы (13) вычисляются координаты касательного вектора Tu в точке теоретической траектории подхода судна к причалу, соответствующей значению скалярного параметра uз.Then, using the formula (13), the coordinates of the tangent vector T u at the point of the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth corresponding to the value of the scalar parameter u s are calculated.
где R'5(u) - первая производная полинома R5(u),where R ' 5 (u) is the first derivative of the polynomial R 5 (u),
uз - параметр точки на теоретической траектории, близкой к текущему местоположению судна.u s - point parameter on a theoretical trajectory close to the current location of the vessel.
Заданный путевой угол ϕпу з вычисляется по формуле (14) с учетом того, что путевой угол отсчитывается от направления на север.The predetermined path angle ϕ bp is calculated by the formula (14), taking into account the fact that the direction angle is counted from the north direction.
где Tu 2 - координата у касательного вектора Tu,where T u 2 is the coordinate of the tangent vector T u ,
Tu1 - координата х касательного вектора Tu.T u1 is the x coordinate of the tangent vector T u .
Боковое отклонение d текущего положения судна от заданного вычисляется с помощью скалярного произведения векторов по формуле (15).The lateral deviation d of the current position of the vessel from the given one is calculated using the scalar product of vectors according to formula (15).
где r двумерный вектор координат текущего положения судна в местной системе координат,where r is a two-dimensional coordinate vector of the current position of the vessel in the local coordinate system,
R5(uз) - векторный полином, задающий теоретическую траекторию подхода судна к причалу,R 5 (u s ) is a vector polynomial defining the theoretical trajectory of the vessel’s approach to the berth,
uз - параметр точки на теоретической траектории, близкой к текущему местоположению судна,u s - point parameter on a theoretical trajectory close to the current position of the vessel,
e - единичный вектор, перпендикулярный заданному путевому углу ϕпу з.e is the unit vector perpendicular to a given path angle ϕ p s .
Заданный путевой угол ϕпу з и боковое отклонение d текущего положения судна от заданного передаются в автоматический регулятор путевого угла 5.The given track angle ϕ of the belly and the lateral deviation d of the current position of the vessel from the set are transmitted to the automatic control of the
Заданная поступательная скорость νз вычисляется по формуле (16).The given translational speed ν s is calculated by the formula (16).
где ν0 - продольная скорость движения судна в начальной точке теоретической траектории,where ν 0 is the longitudinal velocity of the vessel at the starting point of the theoretical trajectory,
tanh - функция гиперболический тангенс,tanh - hyperbolic tangent function,
kνз, pνз - положительные параметры, определяющие закон торможения судна,k νз , p νз - positive parameters that determine the law of braking of the vessel,
uз - параметр точки на теоретической траектории, близкой к текущему местоположению судна.u s - point parameter on a theoretical trajectory close to the current location of the vessel.
Увеличение параметра kνз приводит к уменьшению времени торможения. Параметр должен лежать в диапазоне от нуля до единицы. Увеличение параметра рνз приводит к увеличению времени торможения.An increase in the parameter k νз leads to a decrease in the braking time. The parameter must be in the range from zero to one. An increase in the parameter p νz leads to an increase in the braking time.
Заданная поступательная скорость νз передается в автоматический регулятор поступательной скорости 4.The given translational speed ν s is transmitted to the automatic
Заданный угол курса ϕкз вычисляется по формуле (17).The given course angle ϕ kz is calculated by the formula (17).
где ϕк 1 - угол курса судна в конечной точке траектории подхода к причалу,where ϕ to 1 - the angle of the ship at the end point of the trajectory of approach to the berth,
ϕпу 0 - путевой угол в начальной точке теоретической траектории,ϕ PU 0 - the track angle at the starting point of the theoretical trajectory,
uз - параметр точки на теоретической траектории, близкой к текущему местоположению судна.u s - point parameter on a theoretical trajectory close to the current location of the vessel.
Угол курса судна ϕкз в конечной точке траектории подхода к причалу равен направлению нормали к причальной стенке ϕпу n, направленной в сторону берега плюс или минус 90 градусов.The angle of the ship's course ϕ kz at the end point of the trajectory of approach to the berth is equal to the direction of the normal to the berth wall ϕ pn n directed toward the coast plus or minus 90 degrees.
Заданный угол курса ϕк з передается в автоматический регулятор 5 угла курса.The set course angle ϕ to s is transmitted to the
В начале работы автоматический регулятор 4 поступательной скорости получает от блока 2 постоянной памяти коэффициент закона управления поступательной скоростью kν, умножающийся на отклонение текущей путевой скорости от заданной и получает от блока 7 измерения текущих параметров движения силу тяги главных движителей Fν 0. В автоматическом регуляторе 4 поступательной скорости на каждом цикле управления выполняются следующие действия. Автоматический регулятор 4 поступательной скорости принимает от блока 7 измерения текущих параметров движения текущее значение поступательной скорости ν и принимает от вычислителя 3 заданных параметров движения заданную поступательную скорость νз.At the beginning of the work, the translational
Сила, направленная вдоль вектора поступательной скорости движения судна, Fνi+1, вычисляется по формуле (18).The force directed along the translational velocity vector of the vessel, F νi + 1 , is calculated by the formula (18).
где Fν i - сила, направленная вдоль вектора поступательной скорости движения судна, вычисленная на предыдущем шаге работы устройства,where F ν i is the force directed along the vector of translational speed of the vessel, calculated at the previous step of the device,
kν - коэффициент закона управления поступательной скоростью умножающийся на отклонение текущей путевой скорости от заданной,k ν - coefficient of the law of control of translational speed multiplied by the deviation of the current ground speed from a given
ν - текущее значение поступательной скорости,ν is the current value of the translational speed,
νз - заданная поступательная скорость продольного движения судна.ν s - a given translational speed of the longitudinal movement of the vessel.
В начале работы автоматический регулятор 5 путевого угла получает от блока 2 постоянной памяти коэффициент kd, умножающийся на величину текущего бокового отклонения судна от заданной траектории и коэффициент kϕпу, умножающийся на отклонение текущего путевого угла от заданного.At the beginning of the work, the
В автоматическом регуляторе 5 путевого угла на каждом цикле управления выполняются следующие действия. Автоматический регулятор 5 путевого угла принимает от блока 7 измерения текущих параметров движения путевой угол судна ϕпу.In the
Сила Fνt, перпендикулярная направлению вектора поступательной скорости движения судна, вычисляется по формуле (19).The force F νt , perpendicular to the direction of the ship's translational speed vector, is calculated by the formula (19).
где kd - коэффициент, умножающийся на величину бокового отклонения судна от заданной траектории d,where k d is the coefficient multiplied by the lateral deviation of the vessel from a given trajectory d,
kϕпу - коэффициент, умножающийся на отклонение путевого угла от заданного,k ϕpu - coefficient multiplied by the deviation of the path angle from the given
d - отклонение текущего положения судна от заданного,d - deviation of the current position of the vessel from the specified
ϕпуi - текущий путевой угол судна,ϕ pui - the current directional angle of the vessel,
ϕпу з - заданный путевой угол.ϕ pu s - a given direction angle.
Вычисленное значение силы Fνi, перпендикулярной направлению вектора поступательной скорости движения судна, передается в блок 8 выработки сигналов управления.The calculated value of the force F νi , perpendicular to the direction of the vector of the translational speed of the vessel, is transmitted to the control
В начале работы автоматический регулятор 6 угла курса получает от блока 2 постоянной памяти коэффициент kϕ к, умножающийся на отклонение текущего курса от заданного, коэффициент kω, умножающийся на текущее значение угловой скорости поворота судна в горизонтальной плоскости.At the beginning of the work, the automatic heading angle adjuster 6 receives from the constant memory unit 2 a coefficient k ϕ k that is multiplied by the deviation of the current course from the given one, and a coefficient k ω that is multiplied by the current value of the angular velocity of the ship's turn in the horizontal plane.
В автоматическом регуляторе 6 угла курса на каждом цикле управления выполняются следующие действия. Автоматический регулятор 6 угла курса принимает от блока 7 измерения текущих параметров движения угол курса судна ϕк, угловую скорость ω поворота корпуса судна в горизонтальной плоскости.In the automatic controller 6 of the course angle on each control cycle, the following actions are performed. The automatic controller 6 of the heading angle receives from the
Момент М, поворачивающий судно в горизонтальной плоскости, вычисляется по формуле (20).The moment M, turning the vessel in the horizontal plane, is calculated by the formula (20).
где kω - коэффициент, умножающийся на текущее значение угловой скорости поворота судна в горизонтальной плоскости,where k ω is the coefficient multiplied by the current value of the angular velocity of rotation of the vessel in the horizontal plane,
kϕк - коэффициент, умножающийся на отклонение текущего курса от заданного,k ϕк - coefficient multiplied by the deviation of the current rate from a given
ω - текущая угловая скорость поворота корпуса судна в горизонтальной плоскости,ω is the current angular velocity of the hull in the horizontal plane,
ϕк - текущий курсовой угол судна,ϕ to - the current heading angle of the vessel,
ϕкз - заданный курсовой угол судна.ϕ KZ - the given course angle of the vessel.
Вычисленное значение момента М, поворачивающего судно в горизонтальной плоскости, передается в блок 8 выработки сигналов управления.The calculated value of the moment M, turning the vessel in a horizontal plane, is transmitted to the control
В блоке 8 выработки сигналов управления на каждом цикле управления с помощью выражений (21) вычисляются сигналы управления: носовым подруливающим устройством uн, кормовым подруливающим устройством uк и главным движителем uгд.In
где kн - коэффициент перевода упора носового подруливающего устройства в величину сигнала управления,where k n - conversion factor of the thrust of the bow thruster in the magnitude of the control signal,
Fνt, - сила, перпендикулярная направлению вектора поступательной скорости движения судна,F νt , is the force perpendicular to the direction of the vector of the translational speed of the vessel,
ls - расстояние от кормы до центра масс судна,l s is the distance from the stern to the center of mass of the vessel,
β - угол дрейфа, равный разности между текущим путевым углом ϕny и курсовым углом ϕк,β is the drift angle equal to the difference between the current track angle ϕ ny and the course angle ϕ to ,
М - момент, поворачивающий судно в горизонтальной плоскости.M - moment, turning the ship in a horizontal plane.
Fν - сила, направленная вдоль вектора поступательной скорости движения судна,F ν is the force directed along the translational velocity vector of the vessel,
kк - коэффициент перевода упора кормового подруливающего устройства в величину сигнала управления,k to - the coefficient of translation of the thrust thrust thrust device into the value of the control signal,
kгд - коэффициент перевода упора главного движителя сигнала управления.k GD - the translation coefficient of the emphasis of the main propulsion of the control signal.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009138837/11A RU2403169C1 (en) | 2009-10-22 | 2009-10-22 | Device for ship automatic approach to berth |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009138837/11A RU2403169C1 (en) | 2009-10-22 | 2009-10-22 | Device for ship automatic approach to berth |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2403169C1 true RU2403169C1 (en) | 2010-11-10 |
Family
ID=44025982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009138837/11A RU2403169C1 (en) | 2009-10-22 | 2009-10-22 | Device for ship automatic approach to berth |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2403169C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111324132A (en) * | 2020-04-29 | 2020-06-23 | 上海海事大学 | Intelligent ship automatic berthing control method based on coordinate compensation |
-
2009
- 2009-10-22 RU RU2009138837/11A patent/RU2403169C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111324132A (en) * | 2020-04-29 | 2020-06-23 | 上海海事大学 | Intelligent ship automatic berthing control method based on coordinate compensation |
| CN111324132B (en) * | 2020-04-29 | 2022-12-27 | 上海海事大学 | Intelligent ship automatic berthing control method based on coordinate compensation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4339016B2 (en) | Thrust distribution method and thrust distribution apparatus | |
| Im | A study on ship automatic berthing with assistance of auxiliary devices | |
| RU2442718C1 (en) | Determination method for dynamic parameters of marine movement mathematical model | |
| US11597488B2 (en) | Ship maneuvering system, ship, and ship maneuvering method | |
| JP7202389B2 (en) | Ships and propulsion systems | |
| Xiong et al. | Research on data driven adaptive berthing method and technology | |
| JP5956233B2 (en) | Route holding control device and ship | |
| CN111272171A (en) | Ship track prediction method and device | |
| CN116540730B (en) | Multi-tug cooperation berthing intelligent auxiliary system and method | |
| JP2005306188A (en) | Waveform predicting method of arrival ocean wave, and operation control method of sailing body in ocean wave | |
| CN102411657A (en) | Designing method for filter for locating dynamics of towing suction dredger in free sailing state | |
| Ueno et al. | Rudder effectiveness correction for scale model ship testing | |
| CA3094572A1 (en) | Method for controlling a towing train | |
| US11403955B2 (en) | Marine propulsion control system and method with proximity-based velocity limiting | |
| EP3889030A1 (en) | Route generation device | |
| RU2501708C1 (en) | Automatic piloting | |
| Zhang et al. | Time-optimal path planning and tracking based on nonlinear model predictive control and its application on automatic berthing | |
| Marley et al. | Four degree-of-freedom hydrodynamic maneuvering model of a small azipod-actuated ship with application to onboard decision support systems | |
| RU2403169C1 (en) | Device for ship automatic approach to berth | |
| CN111469983B (en) | Intelligent ship berthing and departing method, device and system | |
| CN114466788A (en) | Ship steering support system | |
| Kobets et al. | Control of the Pivot Point Position of a Conventional Single-Screw Vessel. | |
| KR101920028B1 (en) | Apparatus for providing navigation performance of ship and method for providing navigation performance using the same | |
| Kondratyev et al. | Human-machine system as a control shell in the implementation of mooring operations | |
| RU2406645C1 (en) | Device to automatically put ship on preset straight course in narrow waterway and to keep it thereon |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191023 |