Синтез нечёткой системы автоматического управления скоростным режимом движения автономного судна при следовании по программной траектории

Abstract

Одним из приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации является разработка интеллектуальных систем управления новыми видами транспорта. Применительно к морской отрасли, таким направлением является создание полностью автономного судна – МАНС. В данном исследовании поставлена задача разработки и синтеза интеллектуальной системы управления скоростью судна, которая регулирует его режим работы (на примере регулирования частоты вращения гребного винта), исходя из своего внутреннего состояния для обеспечения безопасности, а также внешнего состояния для обеспечения оптимальности, при следовании судна по программной траектории в фазе плавания – «Морской переход». Решение поставленной задачи может лежать в рамках системного анализа и разработки алгоритмического аппарата, который обеспечивает приблизительное решение задачи управления скоростным режимом судна, в некоторой степени сходное с решением судоводителя. В разработанной модели используются методы, основанные на теории нечёткого управления и нечёткой логике. Результатом исследования является модель системы автоматического управления скоростным режимом судна с нечётким регулятором. Приведены численные результаты моделирования выработки решений нечёткого контроллера, а также работа всей системы главного двигателя. Приведённый метод решения позволяет использовать многокритериальный подход к управлению скоростью судна, и может быть использован, как альтернатива традиционным регуляторам на основе законов управления ПИД. There one of the priority directions for the development of science, technology and engineering in the Russian Federation is the development of intelligent control systems. In relation to the maritime industry, such direction is the creation of a fully autonomous marine Vessel – MANS. In this article, the target is to develop and synthesize an intelligent control system for the ship’s Speed, which regulates Main Engine operation mode (using the example of rotational frequency of propeller), based on its internal state, to ensure safety, as well as the external state - to ensure optimality, when the ship follows program trajectory in the absence of navigational hazards. The solution of abovementioned problem may lie within the system analysis and the development of an algorithmic sources that provides an approximate solution to the problem of controlling the ship's speed, and the developed solutions would be similar to the decision of the navigator in some manner. To solve the problem of controlling the rotational frequency of the main engine shaft, in the considered model based on methods of the theory of automatic control, the theory of fuzzy control and fuzzy logic are used. The result of this research is a Model of the automatic control system for the Ship's speed, which is based on a fuzzy controller that provide the RPM solution. The numerical results of modeling fuzzy controller, as well as the operation of the entire system of the main engine, are presented. The given solution method allows using a multifactorial approach to ship speed control, and can be used as an alternative to traditional controllers based on PID regulation laws.