Теоретические основы управления крупнотоннажными судами по критериям безопасности и энергосбережения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, доктор технических наук Кондратьев, Сергей Иванович

• Кондратьев, Сергей Иванович
• доктор технических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор технических наук Кондратьев, Сергей Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.,.

1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СУДОВ КАК ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1.Классификация математических моделей маневрирующих судов.

1.1.1 Области применения математических моделей маневрирующих судов.

1.1.2 Моделирование динамических параметров.

1.1.3 Учет воздействия случайных факторов.

1.1.4 Алгоритмическая структура модели.

1.1.5 Размерность моделей.

1.2. Основные принципы оптимизации математических моделей.

1.2.1 Адекватность модели.

1.2.2 Конструктивность системы.

1.2.3 Дискретность модели.

1.2.4 Эффективность вычислительного процесса.

1.2.5 Локальная или глобальная управляемость.

1.3.Общая характеристика методов разработки моделей динамики судов

1.3.1 Основные алгоритмы построения моделей судов.

1.3.2 Требования к моделям судов в задачах синтеза управлений.

1.3.3 Характеристика алгоритмов построения математических моделей судов для решения задач синтеза.

1.4. Общие дифференциальные уравнения трехмерного движения судна.

1.4.1 Структура общей системы дифференциальных уравнений.

1.4.2 Уравнения движения судна.

1.4.3 Гидростатические силы и силы веса.

1.4.4 Гидродинамические силы, действующие на подводную часть корпуса судна.

1.4.5 Аэродинамические силы, приложенные к надводной части судна.

1.4.6 Силы, приложенные к винто-рулевому комплексу.

1.4.7 Взаимодействие винто-рулевого комплекса с корпусом судна.

1.4.8 Силы гидродинамического взаимодействия между судами.

1.4.9 Силы гидродинамического контакта с бровками канала.

1.4.10 Кинематические соотношения.

1.5.Моделирование управления судном.

1.5.1.Основные дифференциальные уравнения, характеризующие работу органов управления судном

1.5.2.Ручное управление.

1.5.3. Автоматическое управление.

1.6.Моделирование воздействия гидрометеорологических факторов.

1.6.1. Алгоритм учета нерегулярного волнения.

1.6.2. Воздействие на судно уклона водной поверхности и течения.

1.6.3.Влияние ветра на судно.

1.7.Методы подготовки баз данных для математической модели движения судна.

1.7.1 Использование результатов измерения сил на модели конкретного судна в гидродинамических лабораториях.

1.7.2 Применение систематизированных результатов измерения сил в гидродинамических лабораториях.

1.7.3 Подбор констант для кинематических моделей.

1.7.4 Идентификация гидродинамических сил по результатам натурных испытаний.

Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ФОРМУЛИРОВКИ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА ПРОГРАММНЫХ ТРАЕКТОРИЙ ДВИЖЕНИЯ СУДОВ ПРИ СУЩЕСТВЕННЫХ ОГРАНИЧЕНИЯХ.

2.1.Принцип разделения проблем синтеза программных и стабилизирующих управлений судами

2.1.1.Общая характеристика принципа разделения.

2.2.Синтез программных движений судов в предпортовых акваториях.

2.2.1. Постановка задач синтеза программных траекторий.

2.2.2.Математические формулировки задач синтеза программных траекторий.

2.2.3.0 методах решения задач синтеза траекторий.

2.3.Математическая формулировка проблемы синтеза программных движений судов в портовых акваториях.

2.3.1.Постановка проблемы синтеза.

2.3.2.Математические формулировки проблемы синтеза.

2.3.3.Методы решения задач синтеза.

2.4. Синтез программных траекторий обобщенным траекторно-аппроксимационным методом.

2.5. Синтез программных траекторий проекционным методом.

2.6. Синтез программных траекторий методом динамического программирования.

2.6.1. Математическая формулировка задачи для сеточной модели траектории.

2.6.2. Вычислительный алгоритм динамического программирования.

2.6.3. Анализ дополнительных вариантов формулировки задачи.

Выводы.

3. СИНТЕЗ УПРАВЛЕНИЙ ДЛЯ СТАБИЛИЗИЦИИ СУДОВ

НА ПРОГРАММНЫХ ТРАЕКТОРИЯХ.

3.1. Анализ задач и методов синтеза стабилизирующих управлений.

3.1.1. Общая характеристика методов.

3.2. Математические модели судов для синтеза стабилизирующих управлений.

3.2.2. Качественная характеристика методов стабилизации.

3.3. Синтез интервально-оптимальных систем стабилизации судов.

3.3.1. Математическая формулировка задачи интервально-оптимальной стабилизации судов.

3.4. Методы вычисления интервально-оптимальных стабилизирующих управлений судами.

3.5. Анализ устойчивости систем стабилизации судов на программных траекториях.

Выводы.

4. ВОПРОСЫ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ.

4.1. Общая характеристика проблем реализации

4.2. Математические модели судов для задач идентификации параметров.

4.3. Линейные статистические оценки параметров моделей судов.

4.4. Линейные статистические оценки координат состояния судов.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретические основы управления крупнотоннажными судами по критериям безопасности и энергосбережения»

Актуальность темы. Теория управления крупнотоннажными судами с точки зрения ее функционирования включают три основных раздела:

- Математические модели, характеризующие динамику и кинематику движения судна.

- Методы синтеза программных траекторий, разрабатываемых на основе математических моделей судов.

- Методы стабилизации и управления программным движением судов.

Создание и дальнейшее развитие современных систем автоматизированного управления крупнотоннажными судами связано с необходимостью решения целого комплекса основных задач моделирования, анализа и синтеза оптимальных или рациональных систем управления. Практическая реализация решения этого комплекса задач направлена на обеспечение безопасности мореплавания и энергосбережение углеводородных ресурсов. Перечисленные задачи на первом этапе решения требуют разработки комплекса адекватных математических моделей, описывающих динамику судов с учетом основных требований к режимам маневрирования, программирования безопасных маршрутов движения судов и создания методов стабилизации движения крупнотоннажных судов на безопасных программных траекториях.

Актуальность рассматриваемой проблемы, особенно для крупнотоннажных судов, подтверждается статистикой навигационной аварийности. Навигационная аварийность крупнотоннажных судов в два - два с половиной раза выше, чем в целом по мировому морскому флоту.

Результаты исследований навигационной аварийности крупнотоннажных судов Новороссийского морского пароходства за два десятилетия, проведенных Новороссийской государственной морской академией, показали, что в акваториях портов произошло более 50% навигационных аварий, около 40% - в узкостях и лишь 10% в открытом море. Именно поэтому основное внимание в работе уделено разработке программных траекторий в акваториях портов и узкостях.

Навигационные аварии крупнотоннажных судов сопряжены с большими материальными потерями. Убытки от аварии одного крупнотоннажного танкера составляют в среднем по мировому морскому флоту 313 тыс. долларов. В некоторых случаях материальный ущерб исчисляется десятками миллионов долларов. Например, убытки от аварии танкера «Амоко Кадис» (Либерия) превысили один миллиард долларов.

Решению комплекса задач, непосредственно связанных с поставленной проблемой, посвящен целый ряд работ по теории маневрирования корабля. Среди них можно выделить ряд результатов, полученных отечественными и зарубежными учеными: A.M. Васиным, С.Н. Благовещенским, Я.И. Войткунским, А.Д. Гофманом, И.Т. Егоровым, В.И. Зайковым, Ф.М. Кацманом, Р.Я. Першицем, Г.В. Соболевым, А.Н. Тихоновым, Ван-Маненом, К. Кииджима и другими исследователями. Проблема моделирования решалась также на основе общих принципов создания и преобразования математических моделей теории управления, полученных Н.Н. Баутиным, Е.А. Леонтовичем, Р.А. Нелепиным, А.А. Первозванским, Ю.В. Ракитским, В.А. Якубовичем и другими учеными. Эффективное решение комплекса задач моделирования требует формирования моделей с учетом последних достижений теории корабля и теории управления с целью повышения качества моделирования на этапах анализа и синтеза, а также при создании тренажеров, рекомендаций и наставлений для судоводителей.

На следующем этапе исследований на первый план выступает разработка методов оптимального или рационального программирования маршрутов движения крупнотоннажных судов в условиях ограничений на траекторию и скорость движения. Эти ограничения определяются требованиями к синтезу безопасных маршрутов движения на акваториях портов и в подходных каналах с одновременной оптимизацией по длине маршрута, обеспечивающей энергосбережение. Решению этой проблемы посвящен целый ряд работ в области программирования маршрутов, относящихся к теории корабля и к общей проблеме управления. Основные результаты получены Р. А. Нелепиным, А.С. Васьковым, Сейдж Э., Меле Д., Калмана Р. и другими авторами. Специфические особенности постановки этой проблемы потребовали их формулирования с позиций теории математического программирования с учетом выпуклых или невыпуклых допустимых областей. Задача программирования маршрутов при ограничениях, вносимых навигационной обстановкой на входах в порты, характеризуется выпуклой допустимой областью при выполнении ряда предположений. Программирование маршрутов в условиях порта (когда требуется строить маршрут с учетом расположения судов, стоящих в порту) приводит, как правило, к оптимизации или рационализации маршрутов в невыпуклой допустимой области. Актуальность разработки методов программирования маршрутов привела к появлению некоторых подходов, использующих «графовые» или «сеточные» модели траекторий с последующим отбором траекторий по ряду критериев.

Вместе с тем упомянутые подходы не исчерпывают проблему в целом, что делает актуальным обобщение уже разработанных способов и создание принципиально новых методов. Именно эта задача была решена в диссертационной работе, что позволило предложить ряд новых подходов на основе методов невыпуклой оптимизации, штрафных функций, методов проецирования и динамического программирования.

Третьей основной задачей является разработка методов стабилизации программных движений судов с учетом требований к системам стабилизации при выполнении ограничений на точность удержания судна на заданной траектории. В связи с этим необходимо решить комплекс задач, позволяющих синтезировать стабилизирующие управления в целом. Такая постановка задачи требует создания адекватных математических моделей крупнотоннажных судов для прогнозирования динамики их движения, разработки методов анализа их динамики и управлений, стабилизирующих программные движения судов в условиях ограничений на траектории движения. Последнее обстоятельство обуславливает необходимость адекватного формулирования ряда задач по синтезу стабилизирующих управлений, выполнения анализа соответствующих методов, синтеза сложных функциональных методов и алгоритмов управления судами. При этом необходимо ориентироваться на синтез стабилизирующих управлений с учетом требований к динамике крупнотоннажных судов, обладающих большой инерционностью.

Четвертая группа задач связана с реализацией методов и алгоритмов управления судами в условиях оперативного получения требуемой информации о параметрах и координатах состояния судов как объектов управления при маневрировании и швартовке.

Таким образом, в настоящее время актуальным является необходимость дальнейшего развития существующих и создания новых методов, алгоритмов и комплекса прикладных программ, предназначенных для управления судами с целью повышения безопасности мореплавания на основе синтеза безопасных маршрутов движения судов и энергосберегающих технологий управления.

Цель работы. Развитие перспективных методов и алгоритмов управления крупнотоннажными судами с учетом требований к безопасности мореплавания и критериев энергосбережения, повышения эксплуатационной надежности машин и механизмов потребовало решения следующих основных задач исследования:

1. Обобщения и развития методов математического моделирования, предназначенных для анализа замкнутых управляющих систем и вычисления управлений, стабилизирующих движение крупнотоннажных судов на безопасных маршрутах с учетом комплекса определяющих факторов (ветер, течение и др.).

2. Синтеза маршрутов движения в подходных каналах и на акваториях портов (в выпуклых и невыпуклых допустимых областях) методами нелинейного и динамического программирования траекторий движения крупнотоннажных судов по критериям безопасности и энергосбережения с учетом границ маневренности крупнотоннажного судна.

3. Разработки интервально-оптимальных решений для стабилизации судов на безопасных маршрутах движения по критериям минимального отклонения от программных траекторий и минимальных затрат, сведенных к комплексу программ для ЭВМ.

4. Реализации методов и алгоритмов идентификации параметров и координат с учетом статистических характеристик зашумленности данных.

Научную новизну диссертационной работы составляют:

• модифицированные (на основе методологического обобщения) методы математического моделирования динамики крупнотоннажных судов, учитывающие комплекс воздействий внешней среды;

• линейные и кусочно-линейные модели движения крупнотоннажного судна, адаптированные к вычислениям стабилизирующих управлений на бортовой ЭВМ в режиме реального времени и текущей позиции судна;

• предложенные решения задач синтеза оптимальных или рациональных маршрутов движения судов на основе методологии выпуклого и невыпуклого программирования (в частности, методов штрафных функций, проецирования и динамического программирования). Такие решения позволяют не только получить безопасную программу движения, но и обеспечить экономию энергии;

• предложенные решения задач интервально-оптимальной стабилизации на основе методологии квадратичного или модульного программирования, дающие возможность оценки устойчивости систем стабилизации судов на безопасных маршрутах, позволяющих оптимизировать (минимизировать) число перекладок руля и изменений режимов работы двигателя, увеличивая эксплуатационную надежность соответствующих машин и механизмов и энергосбережение.

Практическая ценность. Разработанные математические модели использованы для научного обоснования, разработки и внедрения предложений по увеличению пропускной способности проливов Босфор и Дарданеллы в связи с увеличением танкерной транспортировки нефти для моделирования динамики судов с учетом комплекса гидрометеорологических факторов на этапах формирования адекватных моделей для различных режимов движения в стесненных условиях плавания.

Методы синтеза маршрутов и стабилизирующих управлений на этапе их теоретической разработки предназначены для использования при создании систем автоматизированного управления судами.

Результаты численного эксперимента с применением разработанных математических моделей внедрены в процесс научной экспертизы аварийных ситуаций на морском транспорте и при разработке системы рекомендаций и наставлений для судоводителей крупнотоннажных судов. Материалы диссертации использованы в учебной работе с курсантами НГМА, а также для повышения квалификации судоводителей.

Разработанный алгоритм прогнозирования движения судов внедрен в навигационный тренажер, предназначенный для проведения научных исследований в области безопасности судоходства.

Результаты работы использовались при выполнении научных исследований по темам:

Анализ пропускной способности проливов Босфор и Дарданеллы в связи с предстоящим увеличением танкерной транспортировки нефти после ввода в действие российской части трубопроводного консорциума (КТК-Р) в порту Новороссийск»;

Разработка программного обеспечения математической модели управляемого движения судна с учетом заданного НГМА алгоритма и создание баз данных по судну».

Предлагаемые методики могут использоваться непосредственно или адаптироваться к решению аналогичных проблем в других отраслях народного хозяйства.

В работе выделен вклад ведущих ученых, трудами которых создавались адекватные математические модели управляемого движения судов: A.M. Басина, С.Н. Благовещенского, Я.И. Войткунского, А.Д. Гофмана, В.И. Зайкова, Р.Я. Першица, Г.В. Соболева. Отмечена роль создателей современной теории систем: А.Н. Тихонова, Р. Калмана и др. в решении проблемы идентификации систем и фильтрации навигационной информации. Подчеркнуто значение работ Н.Н. Баутина, Е.А. Леонтови-ча, Р.А. Нелепина, А.А. Первозванского, Ю.В. Ракитского, В.А. Якубовича и других исследователей в решении задач моделирования на основе общих принципов создания и преобразования математических моделей теории управления. Представлен обзор литературы, посвященной исследуемой теме. Сформулированы цели и задачи исследования, приведен краткий обзор содержания диссертации по разделам и основные полученные результаты.

В первом разделе представлены основные принципы разработки математической модели управляемого движения судна и структура такой модели. Показано, что создание модели можно рассматривать как решение проблемы идентификации (т.е. математического воспроизведения) такой достаточно сложной динамической системы, какой является маневрирующее судно. Выделена связь решения поставленной задачи с наиболее общими принципами теории систем, характерными почти для любой отрасли науки, а также специфические требования к математической структуре модели судна.

Для оценки методов построения математической модели движения судна в первой главе рассмотрены области применения этих моделей в решении задач обеспечения безопасности судоходства. Из рассмотренных сфер использования таких математических моделей наиболее близким к основной задаче, поставленной в настоящей работе, является прогнозирование траекторий движения в автоматизированных системах управления движением судов (АСУДС);

Для выбора оптимальной структуры математической модели разработаны принципы классификации математических моделей судов: по назначению, характеру моделирования динамических параметров, учету воздействия случайных факторов, наконец, по алгоритмической структуре.

Выполнен краткий анализ преимуществ и недостатков отдельных категорий математических моделей, на основании которого в качестве исходной принята динамическая нелинейная вероятностная модель.

Эта модель базируется на нелинейной системе дифференциальных уравнений пространственного движения судна. Для полного описания процесса управления судном к этой системе добавлена система уравнений вращения гребных винтов и перекладки рулей.

По результатам выполненного анализа структуры и сфер применения математических моделей управляемого движения судов выдвинут ряд принципов их оптимизации:

Адекватность модели, т.е. естественное требование соответствия между моделью и поведением судна. В соответствии с общими положениями теории систем сформулировано два основных принципа, имеющих прямое отношение к проблеме адекватности: принцип единственности, в соответствии с которым при точных и полных данных существует только одна математическая модель, воспроизводящая эти данные и принцип неопределенности.

Последний принцип устанавливает относительно зашумленных данных следующее общее утверждение: неточные данные воспроизводят неединственную систему (модель). С этих позиций наилучшие возможности для обеспечения адекватности имеет динамическая вероятностная сеточная модель.

В качестве второго принципа оптимизации выдвинуто требование конструктивности системы, которое необходимо для решения задачи синтеза управления. Показано, что наибольшие возможности в этом отношении открываются в случае применения линейных систем, хотя и подчеркнуто, что динамическая модель судна даже для стандартных маневров не вписывается в рамки линейной системы. Указаны возможные пути преодоления этой трудности линеаризацией модели на каждом временном шаге при сохранении общей нелинейной структуры модели судна. Для вычисления управлений возможно применение кусочно-квадратичных моделей, более точно описывающих движение судов.

Третий принцип - дискретность модели, являющаяся вполне естественным требованием при современном состоянии микропроцессорной техники.

Далее выдвинуто требование эффективности вычислительного процесса, под которым понимается минимизация вычислительных операций при функционировании модели. Отмечено, что это качество может быть достигнуто за счет понижения размерности вектора состояния судна как объекта управления применением гипотезы стационарности и перехода к асимптотическим моделям судна.

Наконец в качестве последнего принципа оптимизации выдвинуто требование обеспечения как локальной, так и глобальной управляемости, т.е. возможности перевода судна как объекта управления из одного состояния в другое. Показано, что для случая линейной модели может быть использован критерий управляемости Р. Калмана, а для нелинейной системы при описании вектора состояния подвижного объекта можно линеаризировать модель для каждого малого интервала времени.

В первой главе дана также общая характеристика методов разработки моделей динамики судов. Математические модели динамики судов представлены в качестве специального класса дифференциальных уравнений, которые используются для решения широкого круга задач исследования динамики судов и синтеза управлений. Показано, что наибольший интерес для большинства практических применений имеют модели динамики судов в непрерывном времени, а для вычисления оптимальных управлений необходимо использовать математические модели, описывающие динамику судов в переходных режимах.

Выполненный анализ состояния науки в этой области показал, что в настоящее время модели для оптимизации динамических режимов подвижных объектов недостаточно разработаны. Использование существующих моделей либо затрудняет вычисление оптимальных управлений, либо не удовлетворяет требованиям к адекватности описания специфических режимов движения. Такое положение требует разработки моделей, позволяющих уменьшить вычислительные трудности и выполнять оптимизацию в различных режимах. При разработке математических моделей использованы элементы структуры моделей, ранее созданных A.M. Васиным, А.Д. Гофманом, А.Г. Маковским, Ю.М. Мастушкиным, Е.П. Николаевым, Г. В. Соболевым, В.И. Зайковым, Е.Б. Юдиным и др., которые разделены на две группы.

К моделям первой группы отнесены нелинейные или линеаризованные обыкновенные дифференциальные уравнения, используемые при решении широкого класса задач динамики. Модели второй группы в большинстве случаев получены из точных уравнений с помощью различных методов, позволяющих понизить порядок дифференциальных уравнений или упростить их алгоритмическую структуру.

Показано, что для конструирования оптимальных управлений в реальном масштабе времени целесообразно использование приближенных моделей подвижного объекта в виде линеаризованных дифференциальных уравнений состояния более низкого порядка, переход к которым осуществляется асимптотическими преобразованиями. Такой вывод следует из того, что учет нелинейностей моделей и высокий порядок дифференциальных уравнений существенно усложняют процедуры вычислительной реализации управлений, а при оптимизации больших систем ставят непреодолимые трудности в связи с большой размерностью получающихся задач оптимизации. Во многих случаях оптимизация с помощью точных моделей не позволяет получить существенно лучшие результаты, чем при использовании приближенных моделей. Применительно к управлению многими классами объектов такой вывод подтверждается тем, что управление существенно влияет только на низкочастотную часть спектра изменения регулируемых координат. Приведенные соображения являются предварительным обоснованием использования линеаризованных моделей низкого порядка для управления судами.

Однако, для адекватного прогнозирования управляемого движения судна в узкостях и на ограниченном фарватере необходимо применение наиболее полных нелинейных моделей, учитывающих воздействие случайных гидрометеорологических факторов. Главный фактор возмущения - это действие переменного ветра, неоднородного течения воды и волн.

Общая математическая модель движения представлена в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих характеристики судна при любом эксплуатационном маневре. При составлении системы уравнений движения использована левая связанная с судном система координат Gxyz.

В уравнениях учтены продольная, поперечная и вертикальная силы X^Y^Z^ а также моменты действующие на корпус судна и его винторулевой комплекс при работе в условиях переменных глубин, ветра, состояния моря, течений и гидродинамических контактов с другими судами, когда они находятся в непосредственной близости друг к другу, в условиях плавания на мелководье и при учете других факторов.

Во втором разделе дан анализ подходов к синтезу оптимальных программных траекторий движения судов при ограничениях, вносимых акваториями портов, и на подходах к ним. Задачи синтеза программных траекторий формулируются на основе постановок задач управления движением вне и внутри портов. При синтезе программных движений судов внутри порта возникает необходимость формулировки и решения оптимизационных задач с невыпуклой областью ограничений. Основу методов синтеза программных траекторий в этой ситуации составляют методы решения невыпуклых задач минимизации функционалов и метод динамического программирования, позволяющие получить решения для случая невыпуклых областей, которым принадлежат допустимые траектории судов. При этом выделен ряд проблем.

Проблемы, связанные с синтезом траектории входа в порт, решаются на основе программирования оптимальной траектории движения в выпуклой допустимой области. Программирование оптимальной траектории сводится к экстремальной задаче, заданной в выпуклой области. Проблема, соответствующая программированию движения при выходе судна из порта, аналогична проблеме, описанной выше.

Проблема программирования траекторий движения судов внутри порта сведена к экстремальной задаче в невыпуклой допустимой области, поскольку стоящие в порту на якорях суда и границы береговой линии определяют характер невыпуклости допустимой области. Предложены решения, базирующиеся на методах штрафных функций, проецирования исходных траекторий и динамического программирования, обеспечивающие оптимальные или рациональные программные траектории.

В третьем разделе анализируются классические подходы к синтезу стабилизирующих воздействий для движений управляемых судов на программных траекториях. Выполнен анализ методов модального, оптимального и локально-оптимального управления. Предложены решения задач стабилизации судна на курсе и обеспечения заданной поворотливости. Предложен интервально-оптимизационный подход, прогнозирующий динамику судов с учетом ограничений по устойчивости на курсе (траектории), поворотливости судна, на ресурсы управления. Исследована устойчивость замкнутых систем управления программным движением судов в форме достаточных оценок.

Проблема синтеза стабилизирующих управлений судами решена на основе раздельного синтеза программных и стабилизирующих воздействий и использования обобщений методов стабилизации в форме интер-вально-оптимальных процедур стабилизации. Для синтеза управлений разработаны модели судов в форме «вход - состояние - выход», описывающие динамику судов в дискретном времени. Исходными моделями являются полные системы дифференциальных уравнений судов, разработанные в разделе 1. Для вычисления управлений используются линеаризованные, кусочно-линейные и кусочно-квадратичные дифференциальные уравнения.

Показано, что минимизация заданных (на конечном интервале времени) функционалов на целевых множествах приводит к задачам математического программирования относительно прогнозируемых координат и управлений. Эти задачи должны решаться в процессе работы системы по мере поступления текущей информации, что характерно для управления с совмещенным синтезом. Проблемы быстрого решения экстремальных задач в темпе процесса и проведения качественного анализа систем с алгоритмической обратной связью, когда задан алгоритм вычислений управлений.

Применение аналитических процедур для задач, связанных с синтезом управлений, позволит эффективно получать решения экстремальных задач для приближенного описания алгоритмически заданных обратных связей. Для синтеза построены модели замкнутых систем и исследована их устойчивость методами теории устойчивости или нелинейного анализа.

В четвертом разделе рассмотрены вопросы реализации алгоритмов, связанные с созданием математических моделей судов, адекватных сформулированным целям и задачам управления. Рекомендован ряд алгоритмов статистического оценивания параметров и координат состояний судов для управления в режимах входа-выхода из акватории порта и движения в порту на основе разработанных методов синтеза. Рассмотрены вопросы построения этих алгоритмов для статистического оценивания координат состояния и параметров линеаризованных моделей по результатам текущих измерений при различной информации о действующих помехах.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Общие обозначения для судна

А - площадь, м2; В - ширина, м; D — диаметр, м; F — сила, кН; /- частота, Гц; G — центр тяжести судна; g — ускорение свободного падения, м/с ; Н - высота, м; И - глубина, м; L — длина, м; М - момент силы, кНм т - масса, т; п — частота вращения, Гц; Р — мощность, кВт; R - радиус, м; s — путь, м; Т- осадка, м; t — время, с;

V — объем, м3; zs~ уровень воды, м; у - удельный (объемный) вес, кН/м3; р - массовая плотность, т/м3; ра - массовая плотность воздуха, т /м3; и — коэффициент кинематической вязкости, м /с. со - угловая скорость, 1/с.

Геометрия корпуса судна

Ai - характерная площадь подводной части корпуса судна, м2;

Ам - площадь проекции надводной части судна на плоскость миделя, м2;

А у - площадь проекции надводной части судна на диаметральную плоскость (ДП), м ;

Aw~ площадь ватерлинии, м2;

В — ширина судна, м;

V - центр величины;

CAL - коэффициент полноты погруженной части ДП судна; Св - коэффициент общей полноты судна; См - коэффициент полноты площади миделя; Ср - призматический коэффициент продольной полноты судна;

Cs - безразмерный коэффициент площади смоченной поверхности судна;

Сур — призматический коэффициент вертикальной полноты судна; Cwp - коэффициент полноты площади ватерлинии; F - центр тяжести площади ватерлинии; Н - высота над водного борта судна, м;

Iwpx, Iwpy, IwPxy - моменты инерции и центробежный момент площади ватерлинии, м4;

L - длина судна, м;

Ьсв — продольное отстояние центра величины от миделя, м;

LCf — продольное отстояние центра тяжести площади ватерлинии от миделя, м;

Lcg — продольное отстояние центра тяжести судна от миделя, м;

Ь0А — наибольшая длина судна, м;

Lpp - длина судна между перпендикулярами, м;

Lwl — длина судна по ватерлинии, м;

S - площадь смоченной поверхности судна, м2;

Т - осадка судна средняя, м;

ТА - осадка судна на кормовом перпендикуляре, м; 7>- осадка судна на носовом перпендикуляре, м; Тм - осадка судна на миделе, м; V- водоизмещение судна, м3;

Кинематика движения судна ds - элемент безразмерного пути; р - угловая скорость поперечного наклонения судна (вокруг оси Gx), 1/с; q - угловая скорость продольного наклонения судна (вокруг оси Gy), 1/с; г - угловая скорость рысканья судна (вокруг оси Gz), 1/с; и — линейная продольная скорость (вдоль оси Gx), м/с;

V - линейная скорость начала связанной с судном системы координат, м/с;

V - вектор скорости ЦТ судна, м/с; Vc~ скорость течения, м/с;

VTI - скорость судна - цели относительно воды;

Vwr — кажущаяся (вымпельная) скорость ветра, м/с;

Vwt~ истинная (абсолютная) скорость ветра, м/с;

V, - скорость судна относительно воды; м/с v - линейная поперечная скорость (вдоль оси Gy), м/с; v = V/V0 - падение скорости судна при выполнении маневра; w - линейная скорость, нормальная к плоскости Gxy (вдоль оси z), м/с; а - угол атаки в центре тяжести судна (ЦТ) судна, рад.; Р - угол дрейфа в центре тяжести судна судна, рад.;

Pwr ~ угол кажущегося ветра, рад.; i{/ - угол курса судна, рад.;

Vc — угол, характеризующий направление течения относительно меридиана, рад.; путевой угол (угол скорости, угол траектории), рад.; ф - угол крена судна, рад.;

9 - угол дифферента судна, рад.; х — безразмерное время;

П1х, Qiy, Qiz - составляющие безразмерной угловой скорости судна относительно воды;

Qi - безразмерная угловая скорость судна относительно воды;

2, - модифицированная безразмерная угловая скорость судна относительно воды; со - модуль угловой скорости вращения судна, 1/с; со - безразмерная угловая скорость вращения судна; ®(р>Ч>г) - вектор угловой скорости судна;

- угловая скорость судна относительно воды; 1/с юс- угловая скорость течения 1/с.

Динамика судна bo - расстояние от центра тяжести подводного объема судна до водной поверхности;

Ьх , bY , bz , Ьк , bM , bN — составляющие сил, вызываемых неоднородностью течения, наклоном водной поверхности и влиянием стенок канала ;

CX,CY,CZ,CK,CM,CN - безразмерные коэффициенты гидродинамических сил и моментов, действующих на подводную часть корпуса;

Cx,Cy,Cz,Ck>cm>cn ~ модифицированные безразмерные коэффициенты гидродинамических сил и моментов, действующих на подводную часть корпуса; cxa>cya>cza>cka>cma>cna ~ безразмерные коэффициенты аэродинамических сил и моментов, действующих на надводную часть корпуса;

CXT,CYI,CZT,CKT,CMT,CNT — безразмерные коэффициенты сил и моментов гидродинамического взаимодействия судов;

С",С",См - производные гидродинамических характеристик корпуса по параметрам движения / = Р, со; к = §, со; / = Р, со;

Da — дисперсия параметра а;

Fr - число Фруда;

Frh - число Фруда по глубине; моменты инерции корпуса судна в системе координат, связанной с судном, т-м2;

Iwpx^wpy^wpxy ~ моменты инерции площади ватерлинии судна в системе координат, связанной с судном, м4;

К - действующий на корпус судна гидродинамический момент относительно оси Gx связанной с судном системы координат, кН-м; кц, кп, к22, к33 - коэффициенты присоединенных масс воды; к44, к4б, к55, кбб — коэффициенты моментов инерции присоединённых масс воды; kis, кг4, к2б, к35 - коэффициенты статических моментов присоединённых масс воды;

М — действующий на корпус судна гидродинамический момент относительно оси Gy связанной с судном системы координат, кН-м; т - масса судна, т; т,тп,т22>т26,т66 - безразмерные коэффициенты массы, статического момента и момента инерции судна;

N - действующий на корпус судна гидродинамический момент относительно оси Gz связанной с судном системы координат, кН-м;

R - сила сопротивления воды движению судна;

Re - число Рейнольдса; гхх, ryy> rzx ~ радиусы инерции корпуса судна в системе координат, связанной с судном, м;

W - вес судна, кН;

X - действующая на корпус судна гидродинамическая продольная сила вдоль оси Gx связанной с судном системы координат, кН;

Ха — аэродинамическая продольная сила вдоль оси Gx связанной с судном системы координат, кН;

Y - действующая на корпус судна гидродинамическая поперечная сила вдоль оси Gy связанной с судном системы координат, кН;

Ya - аэродинамическая поперечная сила вдоль оси Gy связанной с судном системы координат, кН;

Z - действующая на корпус судна гидродинамическая сила вдоль оси Gz связанной с судном системы координат, кН;

ZA - аэродинамическая сила вдоль оси Gz связанной с судном системы координат, кН;

А — сила плавучести, кН;

Я/л - присоединенные массы воды.

Геометрия движителъно-рулевого комплекса (ДРК)

Ае/Ао - дисковое отношение гребного винта; Ао - площадь диска гребного винта, м ; Ar - площадь пера руля, м2;

А тех ~ площадь выходного отверстия подруливающего устройства, м2; cDs - длина хорды стабилизатора насадки, м; cr>c'r>cr ~ длина хорды всего руля, части руля, расположенной в струе движителя, и части руля, расположенной вне струи движителя, м;

D - диаметр гребного винта, м; е,ё — абсцисса, м, относительная абсцисса наибольшей толщины профиля руля; hDS - высота стабилизатора насадки, м; hR,h'R,h"R - высота всего руля, части руля, расположенной в струе движителя, и части руля, расположенной вне струи движителя, м; kDEN — коэффициент компенсации насадки; ктЕх~ коэффициент поджатия выходного отверстия подруливающего устройства;

Ld - длина насадки, м;

Lden — отстояние оси баллера от передней кромки насадки, м;

Lpr - отстояние от диска открытого гребного винта (задней кромки насадки для гребного винта в насадке) до центра давления руля, расположенного в струе движителя, м;

Lpx - отстояние от диска открытого гребного винта (задней кромки насадки для гребного винта в насадке) до фиксированной точки на оси гребного винта, м;

LT -длина канала подруливающего устройства, м. lD - относительное удлинение насадки;

Npr — количество гребных винтов или элементов ДРК;

Р - шаг гребного винта, м;

P/D - шаговое отношение гребного винта; tR,tR — толщина, м, относительная толщина профиля руля; хР - продольная координата диска гребного винта от центра тяжести судна, хР < О в корму), м; xR - продольная координата оси руля (отстояние движительно-рулевого комплекса (ДРК) от центра тяжести судна, Xr < О в корму), м; хт - продольная координата подруливающего устройства, м; z - число лопастей гребного винта; sR - относительное отстояние ДРК от миделя судна (Sr < 0 в корму);

Ads - относительное удлинение стабилизатора насадки;

AR,AR,AR - относительное удлинение, соответственно, всего руля, части руля, расположенной в струе движителя, и части руля, расположенной вне струи движителя;

Кинематика ДРК

J - относительная поступь движителя;

7 — модифицирования относительная поступь гребного винта;

Je> Jt ~ относительная поступь нулевого упора движителя и нулевого упора гребного винта соответственно;

Jq - относительная поступь нулевого момента движителя;

Js - относительная поступь движителя по скорости протекания; kv - коэффициент, характеризующий увеличение скорости перемещения ДРК по сравнению со скоростью ЦТ судна; п - частота вращения гребного винта, 1/с; п0- номинальная частота вращения гребного винта, 1/с; hmax ~ время перекладки руля с борта на борт, с;

UA,UR,UT - осевая, радиальная и тангенциальная составляющие скорости, вызванной движителем, м/с;

VA — скорость набегающего на ДРК потока, м/с; var ~ «геометрическая» скорость набегающего на ДРК потока, м/с;

Vs - скорость протекания воды через движитель, м/с;

Wr - коэффициент номинального попутного потока при маневрировании судна;

Wo — коэффициент номинального попутного потока при движении судна прямым курсом (в форме Тейлора); ар — угол атаки движителя, определяемый направлением оси гребного винта, рад.;

U-rr ~ геометрический местный угол атаки в районе ДРК судна, определяемый направлением оси гребного винта рад.; XaR ccrr - гидродинамический угол атаки в районе ДРК, определяемый направлением оси гребного винта, рад.;

Хао.у XaR ~ коэффициент влияния корпуса на местный угол атаки в районе ДРК (при ocrr = 0 и ocrr^O, соответственно);

Ря - угол дрейфа в районе движителя, определяемый направлением оси гребного винта, рад.;

Рлл — геометрический местный угол дрейфа в районе ДРК судна, определяемый направлением оси гребного винта, рад.;

Рл = Х/зл Рлл - гидродинамический угол дрейфа в районе ДРК, определяемый направлением оси гребного винта, рад.;

Хро,, ХрR — коэффициент влияния корпуса на местный угол дрейфа в районе ДРК (при (3rr = 0 и Prr^O, соответственно);

АР - угол отклонения струи движителя натекающим косым потоком, рад.;

5r - угол перекладки руля, град;

5* - угол отклонения струи движителя средствами управления; угловая скорость перекладки пера руля или поворотной насадки, рад/с.

Динам ика ДРК

Cqr — безразмерный коэффициент момента рулевой машины на бал-лере руля;

Cr - коэффициент нагрузки по моменту на баллере;

Ст, СЕ — условные коэффициенты нагрузки движителя, учитывающие изменение скорости натекания воды vA при маневрировании судна;

С т, Се — действительные коэффициенты нагрузки движителя при маневрировании судна (с учетом влияния угла дрейфа и угла перекладки);

Сто, Ceo — коэффициенты нагрузки движителя по упору и полезной тяге при движении судна на прямом курсе;

Cxr — коэффициент нагрузки средств управления по продольной силе: Cyr - коэффициент нагрузки движителя по поперечной силе;

CyR,CYR,CyR — производные коэффициента нагрузки движителя по поперечной силе Cye по углу перекладки и дрейфа;

CyRmax,CyRmax - наибольшие значения коэффициента Cyr в условиях установившейся циркуляции и при одерживании поворота судна;

Cys - наибольшее значение коэффициента Су при неработающем движителе;

Dr - сила сопротивления средств управления, кН; я - приведенный момент инерции, системы баллер — перо руля, т-м ;

KQP — безразмерный модифицированный коэффициент крутящего гидродинамического момента на гребном валу;

KQR - безразмерный модифицированный коэффициент крутящего гидродинамического момента на баллере руля;

Кт, КЕ, KQP - универсальные коэффициенты упора гребного винта, упора движителя, момента на валу гребного винта; кт, kg, kQ — коэффициенты упора гребного винта, полезного упора движителя, момента на валу гребного винта; аr,Kyr,Kzr - безразмерные модифицированные коэффициенты составляющих сил на ДРК;

Lr - подъемная сила на руле, кН;

Q - гидродинамический крутящий момент на валу движителя, кН-м;

Qr - гидродинамический крутящий момент на баллере средств управления, кН-м; qR — коэффициент изменения результирующей силы ДРК;

Ят, Це ~ коэффициенты изменения упора гребного винта и движитель-ного комплекса;

72 — коэффициент изменения момента на валу движителя;

Pd, Рс ~ мощность на валу гребного винта, мощность, передаваемая движителем в струю, кВт.

R - вектор результирующей силы, развиваемой ДРК; Т- упор гребного винта, кН; Те — полезный упор движителя, кН; t - коэффициент засасывания;

Хот ~ продольная (вдоль ДП) составляющая результирующей силы ДРК, кН;

XR - продольная сила средств управления, кН;

Ydt -поперечная составляющая результирующей силы ДРК, кН;

Yp - поперечная сила движителя, кН;

Yr — поперечная сила средств управления, кН;

Двигатель и рулевая машина

Cqe — безразмерный коэффициент момента главного двигателя на гребном валу;

Cqr - безразмерный коэффициент крутящего момента рулевой машины на баллере руля;

Qbr — момент тормозного устройства на валу двигателя, кН*м; Qf~ момент трения в валопроводе, кН-м;

Qe. — крутящий момент, развиваемый двигателем на переднем и заднем ходу, кН-м;

Qeo ~ номинальный крутящий момент двигателя на гребном валу, кН-м;

Qro — номинальный крутящий момент рулевой машины на баллере руля, кН-м;

1е - суммарный приведенный момент инерции вращающихся масс двигателя, гребного вала и гребного винта, т-м ;

Ir - приведенный момент инерции вращающихся масс рулевой машины, рулевого привода и пера руля, т-м2; пкя — критическая частота вращения двигателя, 1/с;

Индексы

А — соответствует аэродинамическим силам на надводной части корпуса судна;

С - относится к параметрам течения; с — определяет величины на установившейся циркуляции;

D - относится к величинам, характеризующим главный двигатель судна;

R - определяет силы, приложенные к ДРК, либо относительные величины;

S - соответствует гидростатическим силам и силам, обусловленным уклоном свободной поверхности воды;

Т- характеризует параметры судна - цели;

0 - определяет номинальные величины или для исходного режима движения судна до начала маневра;

1 - характеризует соответствующие скорости относительно воды.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», Кондратьев, Сергей Иванович

Выводы:

Приведен анализ вариантов реализации алгоритмов программного управления движением судов с целью выбора алгоритмов статистического оценивания параметров и состояний судов на основе текущих измерений координат.

Сформулированы необходимые для алгоритмов статистического оценивания методики перехода от уравнений движения судов в форме «вход — состояние — выход» к форме «вход — выход», позволяющие расширить класс алгоритмов, используемых для решения задач реализации с применением вычислительных средств.

Приведены методологические подходы к составлению вычислительных схем алгоритмов статистического оценивания параметров и координат состояния судов в условиях различных статистических предположениях, позволяющие выбрать алгоритмы оценивания в соответствии с известными статистическими характеристиками помех.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенного исследования получены следующие результаты:

1. На основе выполненного методологического обобщения разработаны модифицированные методы математического моделирования динамики движения крупнотоннажных судов, учитывающие весь комплекс воздействий внешней среды. На основе обобщенных уравнений получены линеаризованные, кусочно-линейные и кусочно-квадратичные уравнения динамики движения судна в непрерывном и дискретном времени, адаптированные для решения задач синтеза стабилизирующих управлений.

2. Предложены решения задач синтеза оптимальных или рациональных маршрутов движения судов на основе методологии выпуклого и невыпуклого программирования (в частности, методов штрафных функций, проецирования и динамического программирования). Эти решения позволяют не только получить безопасную программу движения, но и обеспечить экономию энергии.

3. Предложены решения задач интервально-оптимальной стабилизации на основе методологии квадратичного или модульного программирования, позволяющих оптимизировать (минимизировать) число перекладок руля и изменений режимов работы двигателя, увеличивая эксплуатационную надежность соответствующих машин и механизмов и энергосбережение. Получены достаточные условия устойчивости предложенного вычислительного алгоритма интервально-оптимальной стабилизации судна на программной траектории.

4. Предложен интервально-оптимальный метод для синтеза управлений, стабилизирующих движение судов на безопасных и энергосберегающих маршрутах, использующий приближенные математические модели движения судов. Сформулированы достаточные условия устойчивости замкнутых систем интервально-оптимальной стабилизации на основе принципа сжимающих отображений, что позволяет получить оценки допустимых значений параметров обратной связи.

5. Рассмотрены вопросы реализации алгоритмов, включаю-^ щие варианты методов и алгоритмов для статистической оценки параметров линеаризованных математических моделей судов и координат состояния, необходимые для вычисления интервально-оптимальных управлений.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Кондратьев, Сергей Иванович, 2004 год

1. Антомонов Ю.Г. Расчеты систем оптимальных по быстродействию. -Л.: «Судостроение», 1964. 320 с.

2. Афанасьев Б.В., Афанасьев В.В. Формирование зоны навигационной безопасности//Методы и техн. средства мор. навигации/ Сб. науч. тр. ГМА им. адм. С.О.Макарова.— М.: Морте-хинформреклама, 1993.—С. 6-12.

3. Басин A.M. Теория устойчивости на курсе и поворотливости судна.- М.: Гостехиздат, 1949.

4. Басин A.M., Веледницкий И.О., Ляховицкий А.Г. Гидродинамика судов на мелководье. Л.: Судостроение, 1976.— 319 с.

5. Баскин А.С., Москвин Г.И. береговые системы управления движением судов. — М.: Транспорт, 1986.- 159 с.

6. Батенко А.П. Системы терминального управления. М.: Радио и связь, 1984.- 160 с.

7. Бек В.В., Вишняков Ю.С., Махлин А.Р. Интегрированные системы активного управления. Методы алгоритмической интеграции. М.: Наука, 1986.- 180 с.

8. Буков В.И. Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом. М.: Наука, 1987.- 232 с.

9. Ванирюхин Г.И., Иванов В.М. Синтез систем управлениядвижением нестационарных объектов.-М.: Машиностроение,1988.-168с.

10. Васильев А.В. Управляемость судов. Л.: Судостроение,1989.-327 с.

11. Васильев Ф.П. Лекции по методам решения экстремальных задач. М.: Изд. МГУ, 1974.- 374 с.

12. Васьков А.С. Вариационный анализ движения управляемой системы судно — зона навигационной безопасности// Сб. науч. тр. НГМА КГУ.- Краснодар, 1994.- С. 61 - 63.

13. Васьков А.С. Математическая модель движения конфигурации зоны навигационной безопасности судно. — Новороссийск: НГМА, 1994.- 54 с. Рус. — Деп. в Мортехинформреклама 12.04.94 №1282-мф.

14. Васьков А.С. Математическое обеспечение процессов движения системы судно зона навигационной безопасности. — М.: Мортехинформреклама, 1994.- 88 с.

15. Васьков А.С., Мамаев К.П. Кинематическая модель движения зоны навигационной безопасности относительно ограждающей линии// Материалы XVII Международной НТК: Секция радиосвязи и радионавигации РАН.- М.: РАН, 1993.- С. 100— 103.

16. Васьков А.С., Меньшенин О.И. Адаптивное управление движением судна по траектории //Навигация и управление судном/ Тр.ЦНИИМФ. Л.: Транспорт. 1984.- С. 18- 25.

17. Васьков А.С., Меньшенин О.И., Студеникин А.И. Обобщенная адаптивная модель движения судна//Методы и техн. средства мор. навигации/ Сб. науч. тр. ЛВИМУ. 1986- С. 47-52.

18. Васьков А.С., Мироненко А.А. Анализ и выбор методов автоматизированного поиска оптимального маршрута в навигационных комплексах // Сб. научных трудов НГМА.— 1997. -Вып. 2.-е. 103-119.

19. Вентцель А.Д. Курс теории случайных процессов. М.: Наука, 1975.

20. Витавер Л.М., Павленко В.Г. Общее уравнение движения судна на течении //Совершенствование ходовых и маневренных качеств судов /Тр.НИИВТ, 1984.- С.25-39.

21. Виттенбург И. Динамика систем твердых тел. М.: Мир, 1980.-292 с.

22. Войткунский Я.И., Фаддев Ю.И., Федяевский К.К. Гидромеханика. Л.: Судостроение, 1982.- 456 с.

23. Галиуллин А.С. Методы решения обратных задач динамики. -М.: Наука, 1986.-224 с.

24. Гордеев О.И. К определению кинетической энергии возмущений жидкости, вызванных движением судна в неравномерном потоке//Вопросы совершенст. методов и средств судовождения на внутр. вод. путях/ Тр. ГИИВТ, 1983.- Вып. 197.— С. 30 38.

25. Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна: Справочник. — Л.: Судостроение, 1988.— 360 с.

26. Гофман А.Д. К вопросу о движении судна на криволинейном течении// Вопросы гидродинамики, прочности и проектирования судов реч. флота/ Сб. тр. ЛИВТ.- Л.: ЛИВТ, 1989.-С. 64-72.

27. Гришин С.А. Методы Ляпунова в обратных задачах динамики// Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1985.- N4.-С. 202-207.

28. Гроп Д. Методы идентификации систем.—М.: Мир, 1979.— 302с.

29. Гуськов Ю.П. Дискретно-непрерывное управление программным выведением самолетов. П.: Машиностроение, 1987 — 128 с.

30. Демьянов В.Ф., Малоземов В.Н. Введение в минимакс. М.: Наука, 1972.- 350 с.

31. Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. М.: Машиностроение, 1969.- 256 с.

32. Жевнин А.А., Колесников К.С., Крищенко А.П., Толокнов В.И. Синтез алгоритмов терминального управления на основе концепций обратных задач динамики (обзор)// Изв. АН СССР. Техн. киберн., 1985.-N4.-С. 180-198.

33. Зайков В.И. Математическая модель управляемого движения судна/ Повыш. техн.-экон. показателей судов реч. флота. Л., 1985.-С. 73-83.

34. Зайков В.И. Особенности управляемости судна при нерегулярном волнении и переменном ветре.// Вопросы гидродинамики, прочности и проектирования судов речного флота. Сб. Научных трудов ЛИВТа.- Л., 1989.

35. Si 41. Зуховицкий С.И., Авдеева Л.А. Линейное и выпуклое программирование. М.: Наука, 1965. - 390 с.

36. Исследования по аэродинамике, аэроупругости и динамике полетов дельтопланов и парашютов-крыльев / Под ред. С.М. Белоцерковского. ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1985.-с.164-179.

37. Калман Р.Е. Идентификация систем с шумами. — Успехи математических наук.- 1985.- Т. 40.- Вып.4.- С. 27-41.

38. Калман Р.Е., Фалб П.Л., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. — П.: Мир, 1971.— 400 с.

39. Капитонов И.В. Определение на ЭЦВМ ходовых характеристик судов. М.: Транспорт, 1982.- 199 с.

40. Караив А.В., Лукомский Ю.Л. , Мусин Е.А. О критерии оптимальном управлении курсом судна. «Судостроение», 1967.— №4.- С. 36 - 40.

41. Козлов В. Н., Куприянов В. Е., Шашихин В. Н. Вычислительная математика и теория управления. — Спб.: СПбГТУ. 1996. — 283с.

42. Козлов В.Н. Метод нелинейных операторов в автоматизированном проектировании динамических систем. — Л.: ЛГУ, 1986.- 166 с.

43. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Заборовский B.C. Вычислительные методы синтеза систем автоматического управления. -Л.: ЛГУ, 1989.-222 с.

44. Коренев Г.В. Цель и приспособляемость движения. — М.: Наука, 1974.- 528 с.

45. Короткий А.И. Присоединенные массы судна: Справочник. -Л.: Судостроение, 1986.— 312 с.

46. Коцуба О.А. Методы статистического оценивания параметров динамических объектов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени док. тех. наук / СПбГТУ.— Л.: 1988.

47. Красовский А.А. Развитие принципа максимума обобщенной работы/Автоматика и телемеханика, 1987.-N1,-С. 13-23.

48. Красовский Н.Н. Теория управления движением (линейные системы).- М.: Наука, 1968,- 476 с.

49. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Линейные модели. — М.: Наука, 1987.- 304 с.

50. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых сис-^ тем: Нелинейные модели. М.: Наука, 1988,— 328 с.

51. Крутько П.Д. Обращение прямого метода Ляпунова в задачах управления динамическими системами// Изв. АН СССР. Техн. киберн., 1989.-N3.-С. 78-89.

52. Крутько П.Д. Синтез дискретных управлений по функциям Ляпунова// Изв. АН СССР. Техн. киберн., 1984.- N1.

53. Крутько П.Д. Функции Ляпунова в обратных задачах динамики управляемых систем. Одномерные системы// Изв. АН СССР. Техн. киберн., 1983.-N4.-С. 168-177.

54. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Вычислительные методы. Том 2. — М.: Наука, 1977.- 399 с.

55. Кудряшов В.Е., Карпович И.А., Нечаев В.А. Системный подход к автоматизации управления плавучим геофизическим комплексом //Системы электроэнергетики и управления движением судов /Изв. ЛЭТИ, 1982.- Вып. 309.- С. 6-12.

56. Кудряшов В.Е., Рождественский И.В., Самсель Я. Синтез адаптивной системы управления движением судна по программе //Системы электроэнергетики и управления движением судов /Изв. ЛЭТИ, 1983.- Вып. 334. С. 20-25.

57. Ладиков О.П. Стабилизация процессов в сплошных средах. -М.: Наука, 1978.-432 с.

58. Ламли Д.Л., Пановский Г.А. Структура атмосферной турбулентности. — М.: Мир,1966.- 264 с.

59. Лесков М.М., Баранов Ю.К., Гаврюк М.М. Навигация. М.: Транспорт. -344 с.

60. Ли Т.Г., Адаме Г.Э. Гейнз У.М. Управление процессами с помощью вычислительных машин. Моделирование и оптимизация. М.: Сов. Радио. 1968. -197 с.

61. Липцер Р.Ш., Ширяев А.Н. Теория мартингалов. — М.: Наука, 1986.

62. Лукомский О.А., Чугунов B.C. Системы управления морскими подвижными объектами. Л.: Судостроение, 1988.- 272 с.

63. Мастушкин В.Н., Шестеренко Е.Н. Средства активного управления промысловыми судами. М.: Агропромиздат, 1985.— 128 с.

64. Мастушкин Ю.М. Гидродинамическое взаимодействие судов при встречах и обгонах. — Л.: Судостроение, 1987.- 124 с.

65. Мастушкин Ю.М. Управляемость промысловых судов. М.: Легкая промышленность, 1981. — 232 с.

66. Меньшенин О.И. Васьков А.С. Основы построения систем автоматического управления движением судна. — М.: Морте-хинформреклама, 1985.- 76 с.

67. Мироненко А. А. Формирование моделей района плавания ипостроения оптимального маршрута судна методом градиента -Деп. в ВИНИТИ.

68. Михалевич B.C., Гупал A.M., Норкин В.И. Методы невыпуклой оптимизации. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.— 280 с.

69. Моисеев Н.Н. Численные методы в теории оптимальных систем.-М.: Наука, 1963.- 340 с.

70. Небеснов В.И. Динамика судовых комплексов. — JI.: Судостроение, 1967.—279 с.

71. Нелепин Р.А. Способ и система исключения столкновений кораблей и судов со встречными объектами и их посадки на грунт. // Автоматизация на судах и в судостроении: Сб. статей. — Спб.: Судостроение, 2000.- с. 2- 9.

72. Нелинейные системы автоматического управления: Методы синтеза нелинейных систем автоматического управления/ Е.И.Геращенко. В.Л.Ерман, И.П.Ильин и др. М.: Машиностроение, 1970.— 416 с.

73. Ньюмен Дж. Морская гидродинамика. Л.: Судостроение, 1985.-368 с.

74. Орлов В.А. Автоматизация промыслового судовождения. — М.: Агропромиздат, 1989.— 296 с.

75. Павленко 8.Г. Основы механики жидкости. — П.: Транспорт,1988,- 240 с.

76. Павленко В.Г., Витавер Л.М. Об эквивалентности двух подходов к составлению уравнений движения судна на повороте реки //Гидродинамика судна и судовождение/Тр.НИИВТ,1979.-Вып.147.- С. 3-9.

77. Панов А.О. Инерционные и демпфирующие характеристики в задачах динамики быстроходных судов//Асимптот, методы в теор. систем. — Иркутск: 1983.- С. 129-144.

78. Первозванский А. А. Курс теории автоматического управления. -М.: Наука, 1986. 616 с.

79. Первозванский А. А. Математические модели в управлении производством. М.: Наука, 1975. — 650 с.

80. Первозванский А.А., Гайцгори В.Г. Декомпозиция, агрегирование и приближенная оптимизация. — М.: Наука, 1979.344 с.

81. Первозванский А.А., Гайцгори В.Г. Декомпозиция, агрегирование и приближенная оптимизация. М.: Наука, 1992. — 420 с.

82. Першиц Р.Я. Управляемость и управление судном. JI.: Судостроение, 1983.- 272 с.

83. Погосов Г.С. Безопасность плавания в портовых водах. — М.: Транспорт, 1977. 136 с

84. Подводные роботы /Под ред. В.С.Ястребова. JL: Судостроение, 1977.-368 с.

85. Пшеничный Б. Н., Данилин Ю. М. Численные методы в экстремальных задачах. — М.: Наука, 1975. — 350 с.

86. Пятницкий Е.С. Принцип декомпозиции в управлении меха-Чр низмами и электромеханическими системами// Синтез системуправления манипуляционными роботами на принципе декомпозиции/ Сб. тр. М.: 1987.- С. 4-15.

87. Разумовский О.А. Синтез дискретной системы автоматического удержания судна на заданной траектории с учетом взаимодействия ветра, течения и погрешностей измерения// Навигация и управление судном/ Тр. ЦНИИМФ, 1986 С. 18-29.

88. Ракитский Ю.В., Устинов С.М., Черноруцкий И.Г. Численные методы решения жестких систем. М.: Наука, 1982. - 190 с.

89. Родионов А.И., Сазонов А.Е. Автоматизация судовождения. — М.: Транспорт, 1983.-215 с.

90. Рубан А.И. Адаптивное управление с идентификацией. — Томск: ТГУ, 1983.- 136 с.

91. Седов JI. И. Механика сплошной среды: Т. 1. М.: Наука, 1973.- 536 с.

92. Сейдж Э., Меле Д. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении. М.: Связь, 1976.- 495 с.

93. Системы адаптивного управления летательными аппаратами/ А.С.Новоселов, В.Е.Болнокин, П.И.Чинаев и др. — М.: Машиностроение, 1987.- 280 с.

94. Смирнов E.JL, Яловенко А.В., Якушенков А.А. Технические средства судовождения: Теория. — М.: Транспорт, 1988.— 376 с.

95. Соболев Г.В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения. JL: Судостроение, 1976.—478 с.

96. Справочник по теории автоматического управления /Под ред. А.А.Красовского. М.: Наука, 1987 - 712 с.

97. Справочник по теории корабля: Т.1. Гидродинамика. Сопротивление движение судов. Судовые движители/ Под ред. Я.И.Войткунского. JI.: Судостроение, 1985.- 768 с.

98. Справочник по теории корабля: Т.З. Управляемость водоиз-мещающих судов. Гидромеханика судов с динамическими принципами поддержания/ Под ред. Я.И.Войткунского. — JL: Судостроение, 1985.— 544 с.

99. Субаров Н.В., Пучков A.M. Принцип адаптивного и функционально логического управления// Изв. АН СССР. Техн. киберн., 1977.-N3.-С. 165-175.

100. Табак JL, Куо Ч. Оптимальное управление и математическое программирование. — М.: Наука, 1982.

101. Тараненко В.Т., Момджи В.Г. Прямой вариационный метод в краевых задачах динамики полета. — М.: Машиностроение, 1986.- 128 с.

102. Тимофеев А.В. Адаптивные робототехнические комплексы. -JI.: Машиностроение, 1988.- 332 с.

103. Тумашик А.П. Расчет гидродинамических характеристик судна при маневрировании // Судостроение.- 1978.- № 5.-с. 7 9.

104. Уколов И.С., БекВ.В., Махлин А.Р. Интегрированные системы активного управления. Методы алгоритмической интеграции. -М.: Наука, 1986,- 180 с.

105. Управление крупнотоннажными судами/ В.И.Удалов, и др. — М.: Транспорт, 1986.- 229 с.

106. Управление морскими подвижными обьектами /Д.М.Лернер., Ю.А.Лукомский, В.А.Михайлов и др. Л.: Судостроение. 1970,-271 с.

107. Управление судами и составами /Н.Ф.Соларев, В.И.Белоглазов, В.А.Тронин и др. М.: Транспорт. 1983.296 с.

108. Управление судном/С.И.Демин и др. М.: Транспорт, 1991.— 358 с.

109. Устойчивость адаптивных систем/ Б.Андерсон, Р.Битмид, К.Джонсон и др. М.: Мир, 1989 - 263 с.

110. Фомин В. Н., Фрадков A. JL, Якубович В. А. Адаптивное управление динамическим объектами. М.: Наука. — 448 с.

111. Фрадков A.JI. Адаптивное управление в сложных системах: Беспоисковые методы. М.: Наука, 1990.- 296 с.

112. Ходкость и управляемость судов /В.Ф.Бавин, В.Г.Павленко, В.И. Зайков, Л.Б.Сандлер /Под ред. В.Г.Павленко. — М.: Транспорт. 1991.-397 с.

113. Цурков В.И. Динамические задачи большой размерности. — М.: Наука, 1988.-288 с.

114. Чуркин В.И. Оптимальное управление расхождением судов.

115. Ширяев А.Н. Вероятность. М.: Наука, 1980.

116. Юдин Е.Б., Маковский А.Г. Идентификация уравнений управляемости судна по результатам модельных или натурных испытаний судна. SMSSH'84. Варна, 1984.- С 78.1-78.8.

117. Яскевич А.П., Зурабов Ю.Г. Комментарии к МППСС- 72: Справочник. М.: Транспорт, 1990.- 479 с.

118. Burns R.S. A new approach to optimizing fuel economy for ships in a seaway//MCMC'90/Proc. of Int. Conf.- London- New York, 1990, apr. p.372-382.

119. Chudley J., Dove M.J., Tapp N. J. A review of mathematical models used in ship manoeuvres//Proc. of the 3rd Int. Conf. on Сотр. Aided Desing, Manual and Oper. in the Marine and Offshore Int.-Boston: CMP. 1991.

120. Farbrother H.N., Stacey В.A. Fuzzy logic control of a remotely operated submersible// Model, and contr. of mar. craft/ Proc. of Int. Conf.- London, New York, 1990, apr- p. 193-210. 92.

121. Francis R.A.,Wallis B.C. Development of a mathematical model for vessel motion prediction// Proc. of Int. Mar. Conf. The impact of new techn. on the marine ing. (sept. 13 15, 1993).— Southampton: SIHE, 1993.-V.2.-pap. 50.-p. 1-13.

122. Fujimoto R.M. Parallel and distributed simulation systems, John Willey. N-Y. 2000.

123. Hasegawa, K. On a Performance Criterion of Autopilot Navigation. Journal of the Kansai Society of Naval Architects.— Japan, 1980.-Vol. 178.-Pp. 93-103.

124. Healey A.J., Papoulias F.A., Lienard D. Multivariable sliding mode control for autonomous diving and steering of unmanned under water vehicles// Model, and contr. of mar. craft /Proc. of Int.Conf.- London, New York, 1990. apr p. 293-314.

125. Holtrop, J. and Mennen, G. G. J. A Statistical Power Prediction Method, Int. Shihbuilding Progress, Vol. 25, No. 290, 1978, pp. 253-256.

126. Hwang Wei- Yuan. Cancellation effect and parameter identifiabil-ity of ship steering dynamics/ Int. Shipbuild. Progr., 1982.— V.29.— N332.- p.90-102.

127. Kanshine A., Hollocou Y. Mathematicalmodel representing the behaviour of large vessels/ 10 Conf. Int. Assoc. Lighthouse Auth.- Tokyo, 1980.- Pap.- Paris, s.a. 20 pp.

128. Kijima K., Nahiri Y., Tsutseci Y., Matsunaga M. Prediction method of ship manoeuvrability in deep and shallow water/ Proc. HARSIM & CSM Tokyo, 1990, June.- p.311-318.

129. Kose K. On a new mathematical model of a ship and its applications/ Int. Shipbuild. Progr., 1982.- V.29.- N336,- p.205-220.

130. Kuljaca 1., Vukic Z. Identifkacija broda kao objeekta upravljanja po kursu i trajektoriji/ Brodogradnja, 1981. V.29. - N2. -p.135-143.

131. Mierau J.- W. Adaptionsverjahren fur kurslegler/ Jahrb.1983. Schiffbautechn. Ges.77 bd., Berlin, e.a., 1984.- p. 379-396.

132. Pourzanjani M.M.A. Formulation of the force mathematical model of ship manoeuvering/ Int. Shipbuilding Progr.- 1989. — V.37. N409, sept.- p.5-32.

133. Rios- Neto A., Oa Guz J.J. A stochastic rudder control law for ship path follwing autopilots/ Automatica, 1985,- V.21.— N4.— p. 371 -384.

134. Soding H. Body forces/ Schiff and Hafen, 1990. V. 42.- H7.-p. 68-73.

135. Titus H.A., Cairns W.R., Cooper C.R. Desing of dynamic positioning systems for buoy repenishment at sea// Model, and contr. of mar. craft/ Proc. of Int. Conf.- London, New York, 1990, apr. -p. 274-292.

136. Zaikov V.I. "Mathematical Model for Ship Controlled Motion in Manoeuvring under the Conditions of Shallows, Winds and Flows", SMSSH'84 Varna, 1984.

137. Zhag J., Hearn G.E., Sen P. The identification of ship manoeuvres via neural networks// Proc. of Int. Mar. Conf. The impact of new techn. on the marine ing. (sept. 13— 15, 1993).— Southaropton: SIHE, 1993.- V.2.-pap.52.-p. 1-17.0

138. Россия, 1991ТВ. Сакгг-Летврбург Малый пр. в. О., д. 54 4 Телефон: +7 (В12) 325 31 31 Факс: [phone]

139. Г Р А Н 3 А С ТЕХНОЛОГИИ Internet; www.trantas.com

140. УТВЕРЖДАЮ: Генеральный директор Технологии"

141. А0 «НОВОРОССИЙСКОЕ МОРСКОЕ ПАРОХОДСТВО» j ИУУОЭ!1. АДРЕС:

142. В будущем предполагается использовать разработанные автором рекомендации к алгоритмам и методикам для совершенствования методов управления крупнотоннажными судами по задаваемой оптимальной траектории.

143. Акт внедрения подготовили: Директор Департамента судовождения Начальник Анялнтнко-исцентра, к.т.н, профессорyjy" " 3 Крнннцин С.Н. л я»декабря 2004 г. « »декабря 2004 г.ателье к о го1. Песков Ю.А.

144. ОН.-ГСИЛ >1!ГЛ*Л£НЯЯ ifTWILAl HfXTWfJ стртм+нирсвш FC

145. ГЛД JAfrrr MA.4At.tMf.Vr l^r SYSTEM -ТРИтсНИи! Ьт KS1. MM1 щ cf)1.V4Uцщ МП IHW«

146. Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение

147. НОВОРОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ» 353918, Россия, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93, НГМА. Тел/факс [phone]

148. Ministry of Transport of Russian Federation NOVOROSSIYSK STATE MARITIME ACADEMY 93, Lenina avenue, Novorossiysk, Krasnodar region, 353918, Russia. Те (/fax: [phone]-отHa Na

149. Акт внедрени5гподготовили:декабря 2004 года