Уникнення зіткнення шляхом побудови та використання області розходження у бортовому обчислювачі

The object of research is the processes of automatic optimal passing of one's own ship with many dangerous targets, including maneuvering ones, by the method of constructing the area of permissible passing parameters in the on-board computer. According to the European Maritime Safety Agency (EMSA), the largest number of ship accidents in 2014–2019 occurred due to collision (32 %). On modern ships, for observation and passing with targets, ARLM (automatic radar laying means) is used, which allows to automate manual operations, and the built-in function «Playing the maneuver» provides the navigator with a convenient graphic interface for solving passing problems. At the same time, ARLM is an automated system that assumes the presence of an operator in the control circuit. The presence of a person in the control circuit is related to the «human factor», which is a prerequisite for the occurrence of various types of accidents, including ship collisions. The most effective means of reducing the influence of the «human factor» on control processes is the introduction of automatic control modules in automated systems. The paper develops a method for the passing module, which allows automatic and optimal passing with many targets, including maneuvering ones. The number of targets for passing is not limited by the method, but is limited only by the capabilities of the ARLM to track the targets. The obtained results are explained by the fact that at each step of the on-board computer, a region of permissible passing parameters is constructed for all purposes, passing parameters that optimize a given optimality criterion are selected from the constructed region, the selected parameters are used as software in the control law. The developed method can be used on ships, subject to integration into the existing automated system of an on-board computer with an open architecture, to increase the capabilities of automatic traffic control, in this case, the possibility of automatic optimal passing with many objectives, including maneuvering.Об’єктом дослідження є процеси автоматичного оптимального розходження власного судна з багатьма небезпечними цілями, включаючи маневруючі, методом побудови у бортовому обчислювачі області допустимих параметрів розходження. За даними European Maritime Safety Agency (EMSA), найбільша кількість аварій суден у 2014–2019 роках відбулася по причині зіткнення (32 %). На сучасних суднах, для спостереження і розходження з цілями, використовується ЗАРП (засоби автоматичної радіолокаційної прокладки), який дозволяє автоматизувати ручні операції, а вбудована функція «Програвання маневру» надає навігатору зручний графічний інтерфейс для вирішення задач розходження. Разом з тим, ЗАРП – це автоматизована система, яка передбачає присутність оператора в контурі керування. Присутність людини у контурі керування пов’язана із «людським чинником», який є передумовою виникнення різних видів аварій, у тому числі і зіткнення суден. Найбільш ефективним засобом зменшення впливу «людського чинника» на процеси керування є запровадження автоматичних модулів керування у автоматизованих системах. У роботі розроблено метод для модуля розходження, який дозволяє автоматично та оптимально розходитися з багатьма цілями, включаючи маневруючі. Кількість цілей для розходження не обмежується методом, а обмежується лише можливостями ЗАРП по супроводженню цілей. Отримані результати пояснюються тим, що на кожному кроці бортового обчислювача будується область допустимих параметрів розходження з усіма цілями, із побудованої області вибираються параметри розходження, що оптимізують заданий критерій оптимальності, вибрані параметри використовуються як програмні у законі керування. Розроблений метод може використовуватися на суднах, за умови інтегрування в існуючу автоматизовану систему бортового обчислювача з відкритою архітектурою, для нарощування можливостей автоматичного керування рухом, у даному випадку можливості автоматичного оптимального розходження з багатьма цілями, включаючи маневруючі

Development of automatic control methods of vessel rotation around the pivot point without drift

The object of research is the processes of automatic control of the vessel rotation around the pivot point with zero drift. In recent years, the number of vessels and their sizes has increased significantly, while the size of ports has grown much more slowly. There is an urgent need to optimize control processes, especially in compressed waters. One of the directions of such optimization is the use of the pivot point concept – an alternative vision of the vessel movement during its maneuvering. It is shown that the circulation radius and the position of the vessel on circulation are determined by the pivot point abscissa and ordinate. Linearized models of the two most common control schemes are considered: the control scheme of a single-screw conventional vessel without a bow thruster and the control scheme of a single-screw conventional vessel with a bow thruster. For the steady state of each of these schemes, controls were obtained that ensure the circulation of the vessel around a pivot point position without drift angle. This makes it possible to reduce the width of the traffic lane, increase traffic safety, reduce hydrodynamic resistance and fuel consumption, create favorable conditions for carrying out technological operations, for example, mooring, and reduce the influence of the human factor on control processes. The workability and effectiveness of the developed methods were verified by mathematical modeling of the MSС Container Ship (Dis. 32025t) automatic mooring without drift angle on the imitation modeling stand created by the authors on the basis of the Navi Trainer 5000 navigation simulator. The obtained capabilities are explained by the use of the mathematical model of the vessel in the on-board controller of the automated system and modern mathematical apparatus. The developed methods can be used on the vessels, provided to integration into the existing automated system of an on-board controller with open architecture, to increase the capabilities of automatic vessel movement control. Today, all automated systems already use the electronic principle of generating and transmitting signals from control devices (power plant telegraph, rudder, bow and stern thruster telegraphs and etc.) to executive devices, which greatly simplifies the integration of the on-board controller and the creation of a closed circuit of automatic control

Automatic Vessel Steering in a Storm

The issues of automatic vessel control in a storm are considered in the paper. Vessel control in a storm is the most difficult stage in the vessel’s wiring, as it requires quick decisions to be made in difficult conditions. Practical experience shows that the deterioration of the working conditions of the crew is usually associated with an increase in the number of control errors, which is completely unacceptable in stormy conditions. To assess the safe speed and course in a storm, Yu. V. Remez has proposed a universal storm diagram, which allows identifying unfavourable combinations of vessel speed and course angles of the waves – the resonant zones, and avoid them. The universal Remez diagram provides for graphical calculations, which, in combination with the visual determination of the wave parameters, gives a very low accuracy. The article examines the possibility of automatic control of a vessel in a storm by automatic measurement of motion parameters and wave parameters, automatic calculation in the onboard controller of the vessel optimal safe speed and course during a storm, automatic maintenance of the optimal safe speed and course of the vessel. The automatic control significantly increases the accuracy of calculations, excludes the human factor, reduces the depletion of the crew, and increases the reliability of the vessel control in a storm. The efficiency and effectiveness of the method, algorithmic and software were tested on Imitation Modelling Stand in a closed loop with mathematical vessel models of the navigation simulator Navi Trainer 5000

Розробка методів автоматичного керування обертанням судна навколо полюсу повороту без дрейфу

The object of research is the processes of automatic control of the vessel rotation around the pivot point with zero drift. In recent years, the number of vessels and their sizes has increased significantly, while the size of ports has grown much more slowly. There is an urgent need to optimize control processes, especially in compressed waters. One of the directions of such optimization is the use of the pivot point concept – an alternative vision of the vessel movement during its maneuvering. It is shown that the circulation radius and the position of the vessel on circulation are determined by the pivot point abscissa and ordinate. Linearized models of the two most common control schemes are considered: the control scheme of a single-screw conventional vessel without a bow thruster and the control scheme of a single-screw conventional vessel with a bow thruster. For the steady state of each of these schemes, controls were obtained that ensure the circulation of the vessel around a pivot point position without drift angle. This makes it possible to reduce the width of the traffic lane, increase traffic safety, reduce hydrodynamic resistance and fuel consumption, create favorable conditions for carrying out technological operations, for example, mooring, and reduce the influence of the human factor on control processes. The workability and effectiveness of the developed methods were verified by mathematical modeling of the MSС Container Ship (Dis. 32025t) automatic mooring without drift angle on the imitation modeling stand created by the authors on the basis of the Navi Trainer 5000 navigation simulator. The obtained capabilities are explained by the use of the mathematical model of the vessel in the on-board controller of the automated system and modern mathematical apparatus. The developed methods can be used on the vessels, provided to integration into the existing automated system of an on-board controller with open architecture, to increase the capabilities of automatic vessel movement control. Today, all automated systems already use the electronic principle of generating and transmitting signals from control devices (power plant telegraph, rudder, bow and stern thruster telegraphs and etc.) to executive devices, which greatly simplifies the integration of the on-board controller and the creation of a closed circuit of automatic control.Об’єктом дослідження є процеси автоматичного керування обертанням судна навколо полюсу повороту з нульовим дрейфом. За останні роки суттєво збільшилася кількість суден та їх розміри, у той час як розміри портів ростуть значно повільніше. Виникла актуальна необхідність оптимізації процесів керування, особливо у стислих водах. Одним із напрямків такої оптимізації є використання концепції полюсу повороту – альтернативного погляду на рух судна при його маневруванні. Показано, що радіус циркуляції та положення судна на циркуляції визначається абсцисою і ординатою полюсу повороту. Розглянуті лінеаризовані моделі двох найбільш поширених схем керування: схеми керування одногвинтовим конвенційним судном без носового підрулюючого пристрою та схеми керування одногвинтовим конвенційним судном із носовим підрулюючим пристроєм. Для усталених рухів кожної із цих схем отримані керування, що забезпечують циркуляцію судна навколо заданого положення полюсу повороту, досліджені можливості циркуляції без кута дрейфу. Це дозволяє зменшити ширину полоси руху, підвищити безпеку руху, зменшити гідродинамічний опір та витрати палива, створити сприятливі умови для проведення технологічних операцій, наприклад, швартування, зменшити вплив людського чинника на процеси керування. Працездатність та ефективність розроблених методів перевірені математичним моделюванням автоматичного швартування судна MSС Container Ship (Dis. 32025t) без кута дрейфу на стенді імітаційного моделювання, створеного авторами на базі навігаційного тренажеру Navi Trainer 5000. Отримані можливості пояснюються використанням математичної моделі судна у бортовому обчислювачі автоматизованої системи та сучасного математичного апарату. Розроблені методи можуть використовуватися на суднах, за умови інтегрування в існуючу автоматизовану систему бортового обчислювача з відкритою архітектурою для нарощування можливостей автоматичного керування рухом. На сьогодні, в усіх автоматизованих системах вже використовується електронний принцип формування та передачі сигналів від пристроїв керування (телеграфу силової енергетичної установки, штурвалу, телеграфів підрулюючих пристроїв) до виконавчих пристроїв, що значно спрощує інтеграцію бортового обчислювача та створення замкнутого контуру автоматичного керування