Теоретические и прикладные основы безопасности управляемого движения скоростных судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, доктор технических наук Амбросовский, Виктор Михайлович

• Амбросовский, Виктор Михайлович
• доктор технических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор технических наук Амбросовский, Виктор Михайлович

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СКОРОСТНЫХ СУДОВ.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Основные задачи управления движением скоростных судов.

1.3. Особенности скоростных судов как объектов управления в нормальных эксплуатационных режимах и аварийных ситуациях.

1.3.1. Особенности СВП как объекта управления в нормальных эксплуатационных режимах и аварийных ситуациях.

1.3.2. Особенности СПК и ГС как объектов управления в нормальных эксплуатационных режимах и аварийных ситуациях

1.4. Анализ существующих систем автоматического управления движением скоростных судов

1.4.1. САУД «Шторм».

1.4.2. САУД FICS-3.

1.4.3. САУД фирмы Maritime Dinamics, Inc.

1.4.4. САУД «Хризолит-32».

1.4.5. Интегрированная система навигации и управления СВП.

1.5. Обоснование функциональных структур алгоритмов управления систем автоматического управления движением скоростных судов

1.5.1. Функциональные структуры систем стабилизации.

1.5.2. Функциональные структуры систем предотвращения аварий

1.5.3. Функциональные структуры системы измерения параметров движения и требования предъявляемые к ним.

1.6. Функциональные структуры системы измерения параметров движения и требования предъявляемые к ним

1.6.1. Состав измеряемых параметров движения.

1.6.2. Измерительная система на базе интегрированного измерителя.

1.6.3. Интегрированная система измерения параметров движения на базе радиовысотомеров.

1.6.4. Измерительная система с использованием гировертикалей.

1.6.5. Сравнительный анализ предложенных измерительных схем.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретические и прикладные основы безопасности управляемого движения скоростных судов»

2.2. Особенности математической модели судна на воздушной подушке амфибийного типа.92

2.2.1. Уравнения пространственного движения СВПА.93

2.2.2. Силы и моменты, действующие на СВПА .95

2.2.3. Моделирование аварийных режимов движения СВПА .101

2.2.4. Модели бокового и продольного движения СВПА.104

22'.5. Исследование модели движения СВПА.106

2.3 Особенности математической модели глиссирующегокатера.110

2.3.1. Системы координат и уравнения движения .111

2.3.2. Силы и моменты, действующие на ГС.112

2.3.3: Исследование математической модели глиссирующего катера.122

2.4 Особенности математической модели судна на подводных-крыльях.127

2.4.1. Уравнения движения СПК в продольной плоскости в крыльевом режиме .128

2.4.2. Нелинейная математическая модель продольной качки СПК для синтеза и анализа алгоритмов управления .134

2.4.3. Линеаризованная математическая модель движения'СПК в продольной плоскости.139

2.4.4. Передаточные функции линеаризованной математической модели движения-СПК в продольной плоскости.141

2.5. Волновая ордината и ее спектральная плотность энергии.144

2.6. Волновое возмущение, действующее на судно .151

2.6.1. Постановка задачи.151

2.6.2. Силы и моменты от волнового дрейфа.152

2.6.3. Спектральные характеристики сил и моментов, действующих на судно.154

2.6.4. Спектральные характеристики сил и моментов, действующих на движущееся судно.156

2.6.5. Моделирование сил и моментов, действующих на маневрирующее судно.157

2.6.6. Численное моделирование волнового возмущения как стохастического процесса .158

2.6.7. Математическая модель волнового возмущения .165

2.6.8. Линейная математическая модель с некоррелированными возмущениями.167

2.7. Полигармоническая модель волнения .176

2.7.1. Моделирование воздействия полигармонического волнения на судно .180

2.8. Анализ моделей волнения.181

2.9: Требования к модельным испытаниям СВПА .192

2.9.1. Требования к испытаниям в аэродинамической трубе.192

2.9.2. Требования к гидродинамической части модели (испытания в циркуляционном бассейне).193

2.9.3. Испытания в прямом бассейне и статические испытания модели.195

2.9.4. Требования к дополнительным данным для разработки математической модели .196

2.10. Методы обработки данных маневренных и мореходных испытаний.197

2.10.1. Фильтрация сбоев и скачков измерений.197

2.10.2. Сглаживание измерений в частотной области^.197

2.11. Идентификация1 математической модели движения СВПА.1.200

2.11.1. Структура идентифицируемого объекта.200

2.11.2. Модели для параметрической идентификации.201

2.11.3. Метод наименьших квадратов.203

2.11.4. Обобщенный МНК.205

2.11.5. Метод инструментальных переменных .206

2.11.6 Маневры для идентификации .207

2.11.7. Пример параметрической идентификации движения СВПА .210

2.12. Заключение.213

3. МЕТОДЫ СИНТЕЗА ЗАКОНОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УМЕРЕНИЯ КАЧКИ СКОРОСТНЫХ СУДОВ.215

3.1. Постановка задачи.215

3.2. Анализ существующих методов синтеза законов умерения качки скоростных судов Постановка задачи.216

3.3. Методы синтеза законов умерения качки скоростных судов.218е

3.3.1. Постановка задачи умерения качки.218

3.3.2. Преобразование объекта управления.222

3.3.3. Выбор весовых фильтров и преобразование объекта.225

3.3.4. Синтез регулятора умерения качки методами равномерно-частотной оптимизации .232

3.3.5. Приведение регулятора умерения качки к виду динамической обратной связи по выходу.235

3.4. Пример расчета регулятора умерения качки*.241

3.5. Определение областей комфортного движения.244

3.6. Заключение.248

4; МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ САУД СКОРОСТНЫХ

СУДОВ.250

4.1. Постановка задачи.250

4.2. Математические модели датчиков информации и приводов управления с учетом их отказов.252

4.2.1. Введение.252

4.2.2. Модели датчиков информации .253

4.2.3. Моделирование сбоев в АЦП.258

4.2.4. Модели средств управления.259

4.3. Анализ существующих методов обеспечения отказоустойчивости САУД .261

4.3.1. Задачи обеспечения отказоустойчивости САУД.261

4.3.2 Обнаружение и локализация отказа.262

4.4. Методы обеспечения отказоустойчивости.274

4.4.1. Постановка задачи.274

4.4.2. Алгоритм отказоустойчивой фильтрации .277

4.5. Примеры использования методов обнаружения, локализации и идентификации отказов.281

4.5.1. Алгоритм фильтрации с обнаружением сбоев в измерительном канале дифферента и угловой скорости дифферента скоростного катера .281

4.5.2. Алгоритма фильтрации с обнаружением сбоев в измерительном канале курса СВП.285

4.5.3. Алгоритм фильтрации с обнаружением отказов по методу различения многих гипотез в канале измерения высоты экраноплана .289

4.6. Заключение.292

5. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АВАРИЙ ДВИЖЕНИЯ СКОРОСТНЫХ СУДОВ.294*

5.1. Введение.294

5.2. Определение областей безопасного движения .295

5.2.1. Определение области притяжения с использованием функций Ляпунова.295

5.2.2. Определение области притяжения методом интегрирования в обратном времени.301

5.3. Методы синтеза законов предотвращения аварии движения СПК и СВП .303

5.3.1. Постановка задачи.303

5.3.2. Синтез противоаварийного закона, оптимального по быстродействию с ограничением в виде области устойчивости.305

5.3.3. Другие виды противоаварийного управления.312

5.3.4. Пример противоаварийного закона управления СВПА боковое движение).312

5.3.5. Пример противоаварийного закона управления СВПА продольное движение).315

5.4. Заключение.316

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.317

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.319

ПРИЛОЖЕНИЯ.331

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

АБ - автомат безопасности АР - аэроруль

АУПК - автоматически управляемые подводные крылья

БВ - блок вычислителя

ВАР - вертикальный аэродинамический руль

ВИШ - винт изменяемого шага

ВР - вертикальные рули

ГАР - горизонтальный аэродинамический руль

ГД - главный двигатель

ГС - глиссирующее судно

ГТД - газотурбинный двигатель

ГЭУ - главная энергетическая установка

ДП - диаметральная площадь

ДУ - дистанционное управление

ДАУ - дистанционное автоматическое управление

ИСНУ - интегрированная система навигации и управления

КВП - корабль на воздушной подушке

КВПА - корабль на воздушной подушке амфибийного типа

КУ - курсовой угол

ОУ - объект управления

МПК - малый . корабль

ПУ - путевой угол

РДЛ - радиодоплеровский лаг

РКУ - рукоятка координированного управления

САУД - систем автоматического управления движением

СВП - судно на воздушной подушке

СВПА- суда на воздушной подушке амфибийного типа

СВПС - судно на воздушной подушке скегового типа

СДПП-суда с динамическими принципами поддержания

СНС - спутниковая навигационная система

СПАВ - система предотвращения аварий

СПК -судно на подводных крыльях

СР - струйный руль

ССК - система стабилизации курса

ССПУу - система стабилизации путевого угла

ССБП - система стабилизации бокового премещения

СУД - система управления движением

СУК - система умерения качки

СУТС - система управления техническими средствами

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время развитие судостроения в России в значительной степени связано со строительством и модернизацией малотоннажных судов и кораблей. Это постройка скоростных пассажирских катеров и яхт для частного или малого корпоративного владения (как правило, это глиссирующие суда, иногда небольшие катера на воздушной подушке), постройка малых кораблей и катеров для военно-морского флота и пограничной службы (например, глиссирующие катера для патрулирования границ), переоборудование и дооборудование имеющихся судов и кораблей современной аппаратурой, в том числе, завершение постройки и дооборудование скоростных судов постройки 80х-90х годов (это прежде всего суда на воздушной подушке и подводных крыльях). К строящимся скоростным судам предъявляются в первую очередь такие требования, как безопасность и комфортность движения, а к их оборудованию - требования малогабаритности, «дружелюбности» интерфейса, «интуитивности» управления, использование современной элементной базы.

Сложность современных скоростных судов как объектов управления, появление на этих судах новых средств управления движением, требования к безопасности, устойчивости и комфортности движения приводят к необхо димости создания новых систем автоматического управления движением (САУД) этих судов и разработки соответствующих функциональных структур этих САУД, учитывающих особенности современных аппаратных средств и датчиков информации, а также характер современных законов управления. Наиболее значительные результаты в области разработки функциональных структур САУД скоростных судов получены Лукомским Ю.А., Скороходовым Д.А., Диомидовым В.Б., Корчановым В.М., Небыловым A.B. и др. Однако в настоящее не существует функциональной структуры САУД современных типов скоростных судов, в полной мере отвечающей требованиям безопасности и комфортности управляемого движения.

Разработка такой структуры представляется важной и актуальной.

Важным этапом разработки САУД, и законов управления является разработка математических моделей движения для целей синтеза и анализа систем автоматического управления; Наиболее значительные результаты по разработке и исследованию математических моделей скоростных судов (судов, на воздушной подушке, подводных крыльях и глиссирующих судов) представлены в работах Бенуа Ю.Ю., Дьяченко В.К., Смирнова С.А., Зильмана Г.И., Зайцева О^А., Воронина В.А., Плисова Н.Б., Рождественского К.В., Трешкова В.К., Егорова И.Т., Соколова В.Т., Афремова А.Ш., Лукашевича А.Б., Абрамовского В.А., Лукомского Ю.А., Скороходова Д.А., Чернышевой Т.С., в работах зарубежных авторов: ТД.РоБЗзеп, А.В.Богепзеп, Б.С1агке, У.АпкисНпоу.

Разработанные в настоящее время математические, модели движения скоростных судов предназначены, как правило, для задач оценки; управляемости,. мореходности, ходкости, для синтеза и анализа законов1 стабилизации курса в условиях постоянной скорости хода, и не учитывают возможность изменения характеристик судна в аварийных ситуациях. Поэтому, такие математические модели не могут быть непосредственно использованы при синтезе систем управления, обеспечивающих безопасность, движения судна, так как не учитывают ряд особенностей гидродинамических характеристик (ГДХ) скоростных судов, приводящих к аварийным ситуациям; например, особенностей ГДХ корпуса, связанных с разрывом гибкого ограждения СВП, с пониженной подачей воздуха в воздушную подушку вследствие отказа одного из нагнетателей, или с разрушением крыльевого устройства СПК.

Математические модели скоростных судов должны быть доработаны таким образом, чтобы сделать возможным исследование аварийных режимов движения, и разработать требования к модельному эксперименту для определения особенностей характеристик скоростных судов. Математическая модель морского волнения должна позволять моделировать действующее на судно возмущение при непрерывном изменении курса судна, например, при движении судна в аварийных режимах и на циркуляции.

При построении современной САУД скоростного судна, при которой обеспечивается безопасность движения, одним из главных вопросов является задача обеспечения отказоустойчивости САУД, т.е. своевременное обнаружение и локализация отказов датчиков информации и средств управления движением. Применение схем, основанных на аппаратном резервировании, не позволяет в настоящее время обеспечить практически приемлемое решение указанной задачи для САУД скоростных судов, в первую очередь, вследствие существенных ограничений на технико-экономические показатели САУД. Известные решения в области алгоритмических методов, использующие аналитическую избыточность, не позволяют получить приемлемые решения для САУД скоростных судов, в частности, из-за особенностей изменения измеряемых переменных состояния вследствие воздействия на судно морского волнения. Указанные недостатки существующих методов потребовали разработки нового подхода к решения указанной задачи. Наиболее существенные результаты в области обнаружения отказов получены Диомидо-вым В.Б., Элькиндом Л.Б., Казариновым Ю.М., Шубинским И.Б., Мозгалев-ским A.B., в работах зарубежных авторов: Edward Wilson, T.Tang, Tristan Perez, T.Moan, etc.и др.

Одним из аспектов безопасности управляемого движения является комфортность движения как средство обеспечения безопасности здоровья и жизни пассажиров и экипажа. В настоящее время существуют методы синтеза регуляторов обеспечивающие комфортность движения (демпфирование качки) на основе использования ПИД-регуляторов или линейно-квадратичные регуляторов, дополненных формирующими фильтрами для подавления волнового возмущения. Основные результаты, полученные в этом направлении, приведены в работах Лукомского Ю.А., Мирошикова А.Н., в работах зарубежных авторов: MJ.Grimble, M.Blank, G.N.Roberts и др. Для подавления волнового возмущения, которое является узкополосным, указанные выше регуляторы используют априорную информацию о спектральной плотности возмущения.

В задачах демпфирования качки судов спектральная плотность возмущения может существенно меняться в процессе движения;,например, при изменении курса, что приводит к необходимости соответствующей перестройки регулятора. - Параметры .такого регулятора демпфирования качки существенно: зависят от скорости движения судна, угла встречи с волной и бально-сти- волнения. Ошибки; в определении этих данных могут приводить. ю тому, что возмущение, действующее: на объект, будет не только не подавляться; но и наоборот - его действие на, объект будет усиливаться.

Указанные недостатки; существующих- методов^ синтезам регуляторов демпфирования качки, потребовали: разработки нового подхода; обеспечивающего' слабую зависимость параметров регулятора: от параметров» возмущения, действующего в широком частотном диапазоне, и, главное, обеспечивающего гарантированное: подавление волнового возмущения во веем диапазоне: существенных частот возмущения. Также для повышения- качества' работы» регулятора: необходимо? обеспечить удобную подстройку- регулятора при изменении направлениями интенсивностигволнения:

Важной проблемой-.является; предотвращение аварийных ситуаций движения- скоростных судов; Особенностью^ задачи синтеза противоаварий-ного регулятора является то, что управляемый: объект является нелинейным, и, как; следствие, задача синтеза такого регулятора;.это принципиально нелинейная; задача с: ограничениями в виде областей безопасного движения. Существующие методы синтеза: регуляторов; обеспечивающих предотвращение аварий: движения; имеют ряд существенных недостатков^ связанных с. необходимостью использования нелинейных моделей, достаточно точно описьь вающих движение судна в широком диапазоне изменения переменных состояния. Как правило, такие модели отсутствуют, что существенно ограничивает использование существующих методов или, вообще, не позволяет их использовать.

Для решения проблемы обеспечения- безаварийного движения скоростных судов необходимы новые методы определения областей безопасного движения скоростных судов и методы синтеза, регуляторов, обеспечивающих удержание скоростных судов в. областях безопасного движения. Основные результаты в области синтеза регуляторов, обеспечивающих безаварийное движение скоростных судов, получены Лукомским Ю.А., Скороходовым Д.А., Хабаровым СЛ., Эткиным ВЛЗ., Стариченковым A.C., а в работах зарубежных авторов: Tristan Perez, T.Fossen и др.

Тема диссертации связана с научно-исследовательскими^ работами по научным направлениям «Разработка теории й систем, кибернетики, управлениями автоматизации» и «Автоматизация, робототехника и управление»^ выполненными в Санкт-Петербургском ГЭТУ «ЛЭТИ» в период с 1995 г. по 2001 г.

Целью работы является; решение проблемы теоретического обоснования и прикладного исследования систем обеспечения? безопасного управляемого; движения скоростных судов;

Методологическую основу работы составили: теория судна, теория качки, теория остойчивости и управляемости судна; методы теории вероятностей^ математической статистики и случайных процессов, методы математического моделирования динамических систем, методы численного анализа,-методы идентификации; методы теории -оптимального управления и методы теории оптимального1 управления; в частности, принцип максимума Понтрягина, методы теории оптимальных линейных стохастических систем управления, методы- фильтрации; методы теории обыкновенных дифференциальных уравнений и методьг теории устойчивости Ляпунова; методы тео- . рии надежности.

В первой главе диссертации рассматриваются основные задачи управления движением глиссирующих судов (ГС), судов на подводных крыльях (СПК) и воздушной подушке (СВП), исследуются основные особенности движения этих судов как управляемых объектов, исследуются, функциональные структуры различных систем управления движением этими судами, раз- ' рабатывается и обосновывается функциональная структура систем, обеспечения безопасности движения этих судов.

На:основе анализа особенностей динамики движения скоростных судов и анализа требований, предъявляемых с САУД этих судов, предлагаются функциональные, структуры, систем обеспечения^ безопасности и- предотвра-щенияаварий движения.СВП,' СПК и ГС.

Во второй главе анализируются математические модели движения^ скоростных судов. Рассмотрены, математические модели движения« СВП скего-вого типа (СВПС), амфибийные СВП (СВПА), судов на подводных крыльях и глиссирующих судов.

На основе анализа предлагается структура модели амфибийного5 СВП, позволяющая моделировать пространственное движение* судна с учетом отказов? и аварий движения. Показывается, что-для СВПА-можно? пренебречь взаимным влиянием'бокового и продольного, движения. Предлагаются модели типовых отказов и аварий движения:СВПА.

Разрабатывается* упрощённая- математическая- модель, движения- СПК предназначенная-для разработки и исследования^ законов* управления движением. " .

Рассматривается особенность, воздействия на СПК морского волнения; связанную с существованием, нескольких точек приложения^ волнового воздействия (например; носовое и кормовое крыльевые-устройства); математические* модели глиссирующих судов оборудованных кавитирующими гребными винтами, водометными движителями, рулями направления, транцевыми плитами и интерцепторами.

Предлагается новая стохастическая модель волнового воздействия, позволяющая моделировать силы и моменты, от морского волнения, действующие на судно при непрерывном изменении скорости хода и курса судна, например, при движении судна на циркуляции. Предлагаемая модель предназначена для анализа законов управления и позволяет определить спектры кинематических параметров движения судна на волнении с регулятором и без регулятора при различных режимах движения.

Рассматриваются методы проведения маневренных, мореходных. испы-. таний скоростных судов,. определяются методы обработки этих измерений, рассматриваются* методы, идентификации параметров? математических моделей движения;скоростных судов.

В третьей главе рассмотрены, методы синтеза регуляторов; демпфирования' качки скоростных судов; Для широкого класса скоростных судов, спектральные характеристики возмущающего: воздействия! (морского волнениями, в частности частотная полоса, содержащая; основную-часть энергии возмущения; могут меняться в широких пределах в зависимости от скорости и направлениям движения судна. Другой особенностью рассматриваемой« за-дачи:является< наличие нескольких точек приложения возмущающих сил, которые могут быть связаны (коррелированны) или независимы. В! этих условиях демпфирование качки - судна предполагает компенсацию* возмущения»' с неопределенными характеристиками; , •

Для придания; объекту демпфирующих свойств, позволяющих уменьшить влияние волнения на движение судна и тем самым-уменьшить качку судна, предложен регулятор; обеспечивающий; в; требуемой полосе: частот "провал" АЧХ замкнутой системы от возмущения к стабилизируемому выходу. Предлагаемый регулятор перестраивается в процессе движения4судна для компенсации изменения полосы, частот действующего возмущения. Для этого регулятор параметризован минимальным числом коэффициентов; которые: однозначно определяются полосой частот, где следует обеспечить демпфирующие свойства замкнутой системы.

В третьей главе также рассматриваются вопросы построения оценки области комфортного движения скоростных судов. Для оценки области комфортного движения, согласно отечественным и международным стандартам, необходимо оценивать/частотные свойства вертикальных перегрузок в различных точках судна (нос, корма, центр масс).

В четвертой главе рассмотрены вопросы обеспечения отказоустойчивости САУД СВИ, СПК и ГС.

Проводится классификация отказов по месту отказа и по характеру отказа. Рассматривается задача обнаружения отказа (определения-момента времени t*, когда произошел отказ) и замены сигнала с отказавшего датчика либо на сигнал с резервного датчика, либо на его оценку, получаемую с использованием прогнозирующих фильтров: Также рассматриваются алгоритмы предотвращения аварий движения судов, обеспечивающих устойчивость движения объекта при возникновении отказа.

В главе формулируются общие требования к математическим моделям датчиков информации для решения задачи обнаружения отказов и в соответствии с этими требованиями предложена общая структура динамической моI дели датчика информации, состоящая? из: статического звена, учитывающего место установки датчика; звена, учитывающего динамику датчика; модели шума измерений, предварительного1 фильтра; модели линии связи и АЦП.

В5 четвертой главе предлагается алгоритм комплексирования двух датчиков: датчика кинематического параметра и его скорости изменения, например, датчика угла и датчика угловой скорости, с использованием фильтра Калмана (с переключаемыми в случае отказа матрицами ковариации) и алгоритмом определения отказа.

В пятой главе рассматриваются методы оценки областей безопасного движения скоростных судов и методы синтеза регуляторов, обеспечивающих удержание подвижного объекта в области безопасного движения. Особенностью задачи синтеза противоаварийного регулятора является то, что управляемый объект является нелинейным, а задача управления как следствие, это принципиально нелинейная задача с ограничениями в виде областей безопасного движения.

Предлагается метод определения областей безопасности движения скоростных судов, основанный на оценке областей притяжения балансировочных режимов движения. Для оценки области притяжения используется метод функций Ляпунова, где в качестве функции Ляпунова использована полная энергия судов:У = Т + П. Для механических пассивных систем V <0 вследствие убывания энергии. Такая функция Ляпунова легко конструируется даже для сложных уравнений движения высокого порядка. Приводится пример синтеза противоаварийного регулятора обеспечивающего удержание угла дрейфа и его производной в области безопасного движения. В качестве управляющего воздействия использованы винты изменяемого шага (ВИШ).

Приводятся результаты расчетов противоаварийного двухканального регулятора бокового движения для СВПА с раздельным управлением по каждому каналу. Управление в канале крена осуществляется выключением в определенный момент одного из нагнететелей.

Также приводятся результаты расчета противоаварийного регулятора СВПА (автомата безопасности) по дифференту.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Амбросовский, Виктор Михайлович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы получены следующие основные результаты:

1. Новая концепция формирования* структур систем, управления движением и систем измерения, параметров движения* скоростных судов, отличающаяся тем, что позволяет учитывать все необходимые особенности аппаратных средств» и датчиков информации, особенности современных законов управления и позволяет формировать структуры систем автоматического- управления- для1 решения задач безопасного* управления движением скоростных судов.

2. Математические модели морского волнения и комплекс различного1 уровня, иерархии математических моделей скоростных, судов отличительной-особенностью которых является возможность учета динамики движения-этих судов- в сложных режимах движения, включая^ аварийные режимы, возможность, моделирования сил и моментов морского» волнения при непрерывном изменении курса; позволяющие проводить исследование алгоритмов управления» движением скоростных судов во всех- режимах движения этих судов.

3. Метод обеспечения отказоустойчивости САУД скоростных судов, отличающийся использованием аппаратно-аналитической избыточности, основанный на использовании фильтров Калмана, и позволяющий обеспечить обнаружение и локализацию отказов датчиков > информации и средств управления движением.

4. Метод синтеза регуляторов демпфирования качки скоростных судов, основанный на Я00 - теории оптимизации и отличающийся- использованием частотно-зависимых множителей в критерии качества, учитывающим при синтезе частотные свойства приводов органов управления и частотные свойства возмущения и позволяющий существенно сократить подстройку регуляторов при изменении скорости хода судна или изменении морского волнения.

5. Метод обеспечения безопасности движения скоростных судов, основанный на удержание судна в области, безопасного? движения? судна; отличающийся- определением' областей- безопасного движения! судна использующих оценку функций Ляпунова и позволяющий/ разрабатывать, алгоритмы предотвращения-аварий движения во всех режимах управляемого движения скоростных судов;

6. Метод, проведения;, обработки? и анализа результатов натурных и. модельных испытаний судов.

Разработанные методы послужили! основой для методик;, алгоритмов и программного^ обеспечения проектирования широкого класса САУД скоростных судов:

1С Комплекс" структур^ систем« управления« движением«' ш систем« измерения параметров движения скоростных судов:

2. Алгоритмы- и пакет, программ-для^синтеза регулятора демпфирования качки скоростного) судна:

3. Методика формирования весовых фильтров; позволяющих проводить перестройку регулятора демпфирования качки при изменении направления и интенсивности волнения.

4. Требования к методике проведения бассейновых испытаний судов на воздушной подушке; позволяющей? получить, полную нелинейную модель трехмерного движения такого судна с учетом отказов средств управления и аварий движения.

5. Методика и программное обеспечение параметрической идентификации математических моделей: скоростных судов, включающая специализированные маневры судна для идентификации параметров математических моделей.

6. Алгоритмическое и программное обеспечение для? обнаружения и локализации отказов датчиков-информации и средств управлениящвижением в САУД скоростных судов.

Т. Метод синтеза регуляторов предотвращения аварий и расчета областей безопасного движения скоростных судов.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Амбросовский, Виктор Михайлович, 2010 год

1. «Аврора», Система «Бирюза-2».Текст. :Технический отчет по моделированию динамики движения СПК «Колхида», «Альбатрос».- Л.: ДЮ 165

2. Э2623. а/я А-3500Ш10 Аврора,-1981.

3. Амбросовский В.М., Антоненко В.П., Жуковский С.Ю., Скороходов Д.А. Устройство для ^управления? движением судна на воздушной подушке. А.С. № 1424537 от 15.05.1988 г.

4. Амбросовский В .М{, Антоненко В .П., Жуковский: С.Ю. и др. Система-управления положением судна. А.С. № 1454120 от 22.09.1988 г.

5. Амбросовский В.М., Лукомский Ю.А., Робуш В.О., Скороходов Д.А. Устройство для управления движением судна на воздушной подушке. А.С. № 1492608 от 08.03.1989 г.

6. Амбросовский, В.М. Алгоритмическое обеспечение системы управления движением судна; Текст. / Амбросовский; ВМ;, Робуш ВЮ. //В кн.:. Сб.трудов совета по управлению движением судов. Вып. 16. Севастополь, 1989. с.52-53.

7. Амбросовский, В.М. Управление движением судна с динамическими принципами поддержания в аварийных ситуациях Текст./ В.М. Амбросовский; Ю?А. Лукомскиш// Известия1 ЛЭТШ Л.- 1989Í - вып.410 - с.22-25.

8. Амбросовский,. В.М: Закон стабилизации, судна на заданной траектории Текст./ Амбросовский В:М.// Известия ЭТИ, вып.421. Л:1991, с.29-33.

9. Амбросовский, В.М. Адаптивный регулятор путевого угла судна Текст./ АмбросовскишВ:М:, Ежевская;©:А., Робуш В.О. // Известия ЭТИ, вып.435. Л: 1991. с.63-67. .

10. Амбросовский, В.М. Моделирование движения судна в режиме динамического позиционирования Текст./ Амбросовский В.М:,. Румянцев С.Ы. //Известия ЭТИ, вып.460. Л:1993. с.11-17.

11. Амбросовский, В.М. Моделирование: морского волнения, действующего на судно Текст. / В.М. Амбросовский, С.Н. Румянцев. -С.-Пб, 1993. 38 с. Деп. в ЦНИИ "Румб" 6.10.1993, ВДР3490.

12. Амбросовский, В.М: Исследование упрощенной математической модели продольной качки судна на подводных крыльях. Текст./ В.М. Амбросовский, С.Н. Румянцев. //Деп. рук. ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, ОДР\3573, от 07.07.95. 56 с.

13. Амбросовский, В.М. Исследование: математической' модели движения скоростного парома на воздушной подушке в боковой плоскости Текст./ АмбросовскийАбрамовский В:А., Кац Е;Б; -С.-Пб, 1995; 44 с. Деп. в ЦНИИ "Румб" 07.07.95, N ДР 3572.

14. Амбросовский, В:М; Расчет регулятора килевой качки судна на подводных крыльях на основе теории Н~-оптимизациш Текст./ Амбросовский В.М; //Известия ЭТИ, вып.484. С.-Пб::1995. с. 11-16.

15. Амбросовский- ВШ; Сйнтезхледящюссистемметодомфавномерно-частотной* оптимизации-,* Текст./ В -М; Амбросовский^. А.Б:; Барабанов; А.М! Гульчак, А .Н. .Мир ошников.// Автоматика ителемеханика.-1997.- Ж-С.3-13

16. Амбросовский, В.М., Обработка результатов измерений при проведении натурных испытаний судов = Текст./ В.М. Амбросовский; Е.Б. Кац// ХХТУ Всесоюзная конференция по- управлению движением кораблей и специальных аппаратов. Адлер; 3-5 нюня 1997. с.26-28.

17. Амбросовский, В.М. Равномерно-частотная оптимизация в задачах демпфирования качки морских подвижных объектов. Текст./ В.М. Амбросовский, Ю;А. Лукомский. // Техническая кибернетика. 1998. N6 - с. 159168 • . ■ ■ ' "' ,

18. Амбросовский, В.М. Интегрированные системы управления технических средств транспорта Текст. Уч.изд./ Амбросовский В;М., Белый 0:В;, Скороходов ДА., Турусов С.Н. С.-Пб.: "Элмор", 2001.-288с.

19. Барабанов, А.Е., Оптимальное управление линейным; объектом со стационарными помехами и квадратичным критерием качества Текст.//Деп. рук. ВИНИТИ, N3478-79 от 07.10.1979.

20. Барабанов, А.Е., Оптимизация;по равномерно-частотным показателям (Н-теория) Текст./AiE. Барабанов, A.A. Первозванский- Автоматикаж телемеханика;-1992.-№ 9-с.3-33:

21. Банников, Ю.М., Математическая модель движения гидросамолета на волнении Текст./ Ю.М. Банников, В .А. Лукашевский., С.С. Лукьянов //Геленджик-96.

22. Белавин,Н.И., Летающие корабли. Текст./ Н.И. Белавин:-М. ДОСААФ, 1983.-112с.

23. Бесекерский, В.А., Теория систем; автоматического:регулирования Текст./ В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. -М.:Наука.- 3-е изд. -1975i

24. Бенуа, Ю.Ю., Основы теории судов на воздушной подушке. Текст./ Ю.Ю. Бёнуа и др.- Л;- Судостроение, 1970. ,- 456 с.

25. Бородай, И.К., Мореходность судов Текст./ И.К. Бородай, Ю.А. Нёцветаев. Л:Судостроение, 1982. - 288 с.

26. Бородай, И.К., Качка судов на,морском волнении Текст./ И.К. Бородай, Ю.А. Нецветаев.- Л: Судостроение, 1969; 432 с

27. Бендат, Дж. Прикладной анализ случайных данных Текст./ Дж. Бендат, А. Пирсол.- Мир М -пер. с англ.- 1989.

28. Бородаи И.К. Прикладные задачи динамики судов на волнении Текст./ И.К. Бородащ В.А. Мореншильдт, Г.В. Виленский; и; др.-JI.: Судостроение, 1989.-264 с.

29. Ветер и волны в океанах и морях;Текст.¿ Справочные:данные:- Л.: "Транспорт", 1974. 360 с. .

30. Гульчак, А.М. Обобщенная задача Я~-оптимизации? для непрерывных, дискретных и гибридных линейных систем в. гильбертовом пространст-веТекст.: автореф.дисс.к.ф.-м.наук/ А.М. Гульчак.-СПб.: СПбГУ, 1997. 19

31. Гришин, Ю.П. Динамические системы, устойчивые к отка-замТекст./ Ю.П. Гришин, Ю.М. Казаринов. М.: Радио и связь, 1985

32. Диомидов, В .Б: Автоматическое управление движением экранопла-нов. СПб.:ГНЦ РФ- ЦНИИ "Электроприбор", 1996

33. Иконников BiB. Особенности проектированиями конструкции судов-на подводных крыльяхТекст. / В:В. Иконников, А.И. Маскалик. JL: Судостроение, 1987. -320 с.

34. Калявин, В.П. Надежность и техническая диагностика судового электрооборудования и автоматики Текст.: учеб./ В.П. Калявин, A.B. Мозга-левский, B.JI. Галка. СПб:: Элмор, 1996.

35. Колызаев, Б.А. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания Текст./ Б.А. Колызаев, А.И. Косоруков, В.А. Литвиненко. Л.: Судостроение, 1980. -472 с.

36. Корольков, В.И. «Бора» и «Самум»: ударные корабли скегового типа-приоритет РоссииТекст./ В.И. Корольков С.-Пб.: Судостроение, 1999, №4

37. Корчанов, В.М. Управление морскими подвижными объектами Текст.:учеб./ В.М.Корчанов, Ю.А. Лукомский. СПб.: Элмор, 1996. - 340 с.

38. Короткин, И.М. Аварии судов на воздушной подушке и подводных крыльях Текст./И.М. Короткин.- Л.:Судостроение, 1981.

39. Лукомский, Ю.А. Частотное разделение каналов управления'в многоканальных системах управления движением) судов Текст./ Ю.А: Лукомский, А.Н. Мирошников //Известия ЛЭТИ, Науч. тр. 1987- вып.386- с.26-30.

40. Лукомский, Ю.А. Системы управления морскими подвижными объектами Текст.:учеб:/ Ю.А.Лукомский, B.C. Чугунов. -Л: Судостроение, 1988-272с.

41. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователяТекст./ Л. Льюнг. М.:Наука, 1991.-432 с.

42. Оводенко, A.A. Бортовая радиоэлектронная- аппаратура Текст./ A.A. Оводенко, Е.И. Култышев, А.П. Шепета М.: Издательство МПИ, 1989:

43. Небылов, A.B.' Измерение параметров'полета вблизи морской поверхности. Текст./A.B.Небылов. -СПбГААП. СПб, 1994.

44. Позняк, A.C. -теория управления: феномен; достижения, перспективы, открытые проблемыТекст./ A.C. Позняк., A.B. Семенов, Г.Г. Себ-ряков, Е.А. Федосов. М.: Гос. НИИ АС, ИПУ, 1990.

45. Пономарев A.B., Садовников Д.Ю., Садовников Ю.М. Пути повышения ходовых и мореходных качеств судов Текст./ A.B. Пономарев, Д.Ю. Садовников, Ю.М. Садовников. -Л.: Судостроение, 1997, N1, с.3-8.

46. Протокол испытаний головной системы «Бирюза-2» на судне «Колхида», г. Поти,1982. 4 с.

47. Разработка предложений по созданию САУД и СУТССПК "Олимпия?.- Технический^ отчет:. CKBv завода "Фиолент",: г. Симферополь,. ЛЭТИ им:В:И:Ульянова( Ленина); каф:КСУ.

48. Робуш;.В:©К"Сйстема,управления«путевого?углаусудна; устойчивая*« к отказам информационных датчиков" Текст./ В.О. Робуш// Известия ЛЭТИ; 1989 вып.410: - с.38-45.

49. Справочник по теории корабля: Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители Текст.: в 3-х томах /Под ред. Я.И.Войткунекого.- Л: Судостроение, 1985.-Т.1.-768 с.

50. Справочник по теории корабля. Статика судов. Качка судов Текст.: в 3-х томах. /Подред.Я.И.Войткунского.- Л.Судостроение, 1985.- Т.21- 440с.

51. Справочник по теории корабля:. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическимиТекст.: в- 3-х томах./Под ред.Я:И.Войткунского.- Л.Судостроение, 1985.-Т.3.-440 с.

52. Справочник по теории корабляТекст./ Иод ред.В.Ф.Дробленкова.-М.: Воениздат, 1984. 589 с.

53. Смирнов, С.А. Суда на воздушной'подушке скегового типа Текст./ С.А. Смирнов. Л.:Судостроение, 1983;-216 е.,ил.

54. Техническая^ записка: Определение гидродинамических- характеристик подводных крыльев-' й разработка, математической модели движения СПК "Олимпия" с САУД на нерегулярном волнении: Договор N 66-89 (1-й этап)/НТК "Корвет", 1990 г., •

55. ТумашикА.ШМатематическаямодель буровогосудна, удерживаемого в заданной точке: моряТёкст./ А.П: Тумашик.//Вопросы судострое-•ния; серия1"Проектированиё судов".- 1980 -.- вып;24.- 52-54 с:.

56. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления. Техническая кибернетика. Исполнительные устройства и сервомеханизмы Текст.:книга 3. /Под ред.В.В.Солодовникова-.

57. М. Машиностроение, 1976. 735 с.

58. Хейфец, Л.Л. Гребные винты для катеров Текст./ Л.Л. Хейфец. 2-е изд., перераб: и доп^Л!:Судостроение,19801;

59. Чиркова, М.М. Исследование динамических процессов управления неустойчивым;на курсе судном:и их оптимизация Текст.: диссертация на соискание ученой степени к.т.н./ М.М; Чиркова^ Горький, 1986;

60. Частотный анализ. http://www.norsonic.com/web pages/frequency arialysis.html:

61. Astrom K.J, Wittenmark В. Computer controlled systems. Theory and design. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, 1984;

62. Ambrosovskaya E.B. Sea Trials of High Speed Crafts Data Processing and Identification/V.M. Ambrosovsky E.B. Ambrosovskaya. // Proc.of Int. Conf. on Fast Sea Transportation FAST'2005, June 2005, St.Petersburg, Russia.

63. Cargo Air CushionVehicle Model Rotating-Arm Basin TESTS and:Prediction of Full-Scale Manoeuvrability Characteristics.- St.-Pctersburg.: Krylov Shipbilding Research Institute, Report No.2.2/26, 1998 .

64. Francis B.A. A cource of i^~controlitheory/B;A. Francis:.-ENCIS; 1988.V. N.Y.:Springer-Verlag, 1987.

65. International Standart ISO 2631/1. Evaluation of human exposure to whole-body vibration Part; 1: General requirements. Ref.no. ISO 2631/1-1985(E).

66. International Standart ISO 2631/2. Evaluation of human exposure to whole-body vibration Part 1: Continious and shock-induced vibration in buildings (1 to 80 Hz). Ref.no. ISO 2631/2-1989(E).

67. IEG 66 International Electrotechnical Commission (IEC) Publication 225 (1966). "Octave, Half-Octave and Third Octave Band Filters Intended for the

68. Analysis of Sounds and Vibrations."Available from Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale, 3, rue de Varembe, Geneva, Switzerland.

69. Kerr T.H. Real-time failure detection: a nonlinear- optimization problem that yelds a two-ellipsoid overlap * test/ T.H. Kerr //J.of Optimization theory and application, 1977, v.22, \No

70. Kinsman B. Wind waves, their generation and propagation on the ocean surface/ Kinsman B.- Prentice-Hall, N.Y., 1965.

71. Kallstrom C.G,.Astrom K.J. Experiences of System ^Identification»- Applied to Ship- Steering/ C.G. Kallstrom, K.J. Astrom //In: Automatica.-1981. Vol. 17.-No. 1,

72. Ljung L. System Identification: Theory for the User/ L.Ljung.- Prentice-Hall, Inc. 1987.

73. Patron R.J. Parameter-insensitive tehnique for aircraft sensor fault analysis. / RJ. Patron, S.W. Willcox., J.S. Winter //"J.Guid., Contr. and Syn." 1987.- 10.- N4.- 359-367

74. Richard I.Stephens. A Practical Approach to the design of fuzzy controllers with application to the dynamic ship positioning./ Richard I.Stephens, Keith J.Burnham and Pieter J.Reeve. CAMS'95, pp.370-377.

75. Weber P., Gentil S., Ripoll P., Foulloy L. Multiply fault detection and isolation