Entwurf einer Vorsteuerung zur hochgenauen Bahnführung von Binnenschiffen

Integrierte Navigationssysteme für die Binnenschiffahrt bieten seit einigen Jahren die Möglichkeit zur automatischen Bahnführung von Schiffen entlang einer vorgegebenen Leitlinie. Die bisher von den Autoren erprobten Verfahren zeigen hierbei sehr gute Ergebnisse im praktischen Einsatz. Auf kleinen bis mittleren Binnenschiffen (bis ca. 60m Länge) ermöglicht die hierfür implementierte Regelung selbst in engen Kurven eine automatische Bahnführung ohne Eingriff des Schiffsführers. Bei großen Binnenschiffen kommt es jedoch in engen Kurven zu unakzeptablen Abweichungen von der Sollbahn, wodurch ein vollautomatischer Betrieb in diesen Strecken nicht sicher gewährt werden kann. Die bei gerader Streckenfahrt durchschnittliche Bahnabweichung von rund 1m kann hier bis auf über 15m ansteigen. Auf vielbefahrenen Wasserstraßen, wie etwa dem Rhein, musste daher bei engen Kurven bisher auf Handsteuerung zurückgeschaltet werden. Als wesentliche Ursache für die geringe Regelgüte konnte die Vernachlässigung der Driftdynamik in den Modellgleichungen und der daraus abgeleiteten Vorsteuerung ausgemacht werden. Der vorliegende Artikel zeigt, wie aus physikalischen Betrachtungen eine für den Reglerentwurf sinnvolle Modellierung der Driftdynamik erfolgen kann, die insbesondere mit Hinblick auf die Identifizierbarkeit der dabei auftretenden Parameter für den praktischen Einsatz geeignet ist

Drift dynamics modeling for automatic track-keeping of inland vessels

As part of an integrated navigation system for inland vessels, atrack-keeping controller is being developed in the Max Planck Institute, Magdeburg. The reduced space availability on inland waterways demands a high performance of the automatic guidance system. Therefore, model based strategies are used. Due to the characteristics of inland navigation, not only accurate but also simple mathematical models are required. Particularly, restricted conditions for parameter identification experiments should be accounted for. A physical modeling approach allowing the selection of the relevant effects is presented in this paper. In comparison to seagoing vessels the drift phenomenon observed during course changing maneuvers has turned out to be of paramount importance and is studied in detail. Special emphasis is laid on the impact of water current as an important effect on rivers. The model derived is partly verified by experimental results of turning circle maneuvers