Jūriniame intermodaliniame terminale naudojamų išmaniųjų krovos technologijų kūrimas ir tyrimas

Disertacijoje sumanaus krantinės krano nauja samprata yra tiesiogiai siejama su išmanaus konteinerio ir autonominio konteinerių vežėjo koncepcijų diegimu uostuose. Autonominio uosto vizijoje, artėjant krantinės krano griebtuvui prie konteinerio, radijo dažnio atpažinimo (RDA) technologija užkoduota informacija apie krovinio atsparumą perkrovai privalės būti tie-siogiai perduodama kranto valdymo sistemai. Apdoroti duomenys leis generuoti kiekvienam konteineriui individualizuotus sparčius ir saugius perkrovos režimus, atsižvelgiant į vėjo ir laivo sukeltus svyravimus ir t. t. Didžiųjų krantinės kranų griebtuvo įvairiakrypčius svyravimus slopinančios sumaniosios valdymo sistemos sukūrimas tampa vienu iš pagrindinių disertacijos uždavinių. Toks intelektinio transporto uždavinys yra sprendžiamas sukuriant krantinės krano laboratorinį prototipą ir jam pritaikytus matematinius ir valdymo sistemą imituojančius modelius, praktikoje taikant profilinį valdymą, realizuojamą proporciniu (P), integruojančiu (I) ir diferencijuojančiu (D) valdikliu (PID). Pabrėžtina, kad taikant PID valdiklį sistemose, kuriose pagrindinis transportuojamas objektas – konteineris kuris kabo ant ilgų lynų, gaunamos nemažos paklaidos. Disertacijoje sukurta virtuali sistemos skaitinio modeliavimo aplinka, kurios rezultatai patikrinti eksperimentu, tam panaudojant suprojektuotą ir pagamintą realaus krantinės krano laboratorinį prototipą. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos li-teratūros ir autoriaus publikacijų sąrašai bei santrauka anglų kalba. Įvade aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Pirmasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Aptarti žinomi kontei-nerio perkrovos laivas–krantinė matematiniai modeliai ir jais grindžiami sistemos valdymo algoritmai. Antrajame skyriuje aprašomi krantinės krano kėlimo mechanizmo matematiniai modeliai bei pateikiama diferencinių lygčių sistema skirta krantinės krano kėlimo mechanizmo ir griebtuvo su kroviniu sukeliamų svyravimų skaitiniam modeliavimui ir įtakos krovai vertinimui. Trečiajame skyriuje, apibendrinus virtualaus modeliavimo išvadas, projektuojamas ir sukuriamas krantinės krano laboratorinis prototipas valdymo algoritmų eksperimentams tyrimams atlikti. Taip pat aprašomas sukurtas valdymo algoritmas su svyravimų kompensavimo grandimi. Disertacija baigiama tyrimą apibendrinančiomis išvadomis. Disertacijos tema paskelbta 11 straipsnių: vienas – straipsnių rinkinyje, įtrauktame į Thomson ISI sąrašą, du – tarptautiniuose recenzuojamuose mokslo leidiniuose, 8 Lietuvoje bei kitose šalyse vykusių konferencijų leidiniuose

Trolley motion control based on S-shaped velocity profile for quay crane cargo oscillation comparison

Quay cranes are used to move containers from ship to store in minimum time so that the load reaches its destination without payload oscillation. During the operations, containers are suspended by cables and it’s free to swing by motion. This paper investigates the two different velocity profiling techniques used for quay crane control and cargo stabilization. A laboratory scaled model of a crane is used to experimentally research, where the trolley acceleration is used as input, for suppressing the container sway. The residual cargo oscillation problems using different velocity profiles are discussed. Article in English. Krantinės krano vežimėlio judėjimo valdymas taikant S formos greičio profilį siekiant palyginti krantinės krano krovinio svyravimus Santrauka Krantinės kranai yra naudojami konteineriams transportuoti iš laivo į krantą siekiant užtikrinti minimalų krovos laiką taip, kad krovinys pasiektų savo tikslą esant minimaliems svyravimas. Atliekant tokius krovos darbus krantinės kranu konteineris kabo ant lynų, todėl dėl transportavimo judesių gali atsirasti svyravimų. Šiame darbe analizuojami du skirtingi greičio profiliai, naudojami krantinės krano vežimėlio judesiui valdyti ir kroviniui stabili­zuoti. Eksperimentiniams tyrimams buvo panaudotas mažesnio mastelio laboratorinis krantinės krano modelis, kuriame valdomas vežimėlio pagreitis naudojamas konteinerio svyravimams slopinti. Darbe analizuojama išliekamųjų svyravimų problema ir skirtingų greičio valdymo profilių įtaka šiems svyravimams. Reikšminiai žodžiai: konteinerinis kranas, krovimo procesas, konteinerio svyravimai, eksperimentinė analizė, valdymo sistemos, greičio profiliavimas, trapecinis profilis, S formos profilis

Application of neural network predictive control methods to solve the shipping container sway control problem in quay cranes

Smart control systems are mostly applied in industry to control the movements of heavy machinery while optimizing overall operational efficiency. Major shipping companies use large quay cranes to load and unload containers from ships and still rely on the experience of on-site operators to perform transportation control procedures using joysticks and visual contact methods. This paper presents the research results of an EU-funded project for the Klaipeda container terminal to develop a novel container transportation security and cargo safety assurance method and system. It was concluded that many risks arise during the container handling procedures performed by the quay cranes and operators. To minimize these risks, the authors proposed controlling the sway of the spreader using a model predictive control method which applies a multi-layer perceptron (MLP) neural network (NN). The paper analyzes current neural network architectures and case studies and provides the engineering community with a unique case study which applies real operation statistical data. Several key training algorithms were tested, and the initial results suggest that the Levenberg-Marquardt (LM) algorithm and variable learning rate backpropagation perform better than methods which use the multi-layer perceptron neural network structure.Web of Science9782657825

Detection of physical impacts of shipping containers during handling operations using the impact detection methodology

The transportation of cargo inside shipping containers is a risky operation that requires constant monitoring activities and real-time operational actions. Yet, the detection of the real dynamics of the container and the surrounding infrastructure and extraction of true subsequent critical events is still an unresolved issue among engineers. In this paper, we analyze the new physical impact detection method, namely the Impact Detection Methodology (IDM), to detect the most obvious and force-dependent impacts from acceleration data, using the IoT sensor in an experimental environment using the heavy machinery of a seaport. By variating the threshold level, we have observed the changes in the number of impacts detected within three separate case studies. Results suggest that the optimal parameters tend to provide an adequate number of events, yet even the slightest change in the threshold level can increase or decrease the number of detected impacts in a non-linear fashion, making the detection harder, due to unforeseen external impacts on the dataset, the filtering of which is still the main priority of our future research.Web of Science109art. no. 125

CREATING VIRTUAL MODEL OF RAIL TURNTABLE USING SOLIDWORKS SOFTWARE

As demands of technology and equipment increase, the requirement to quickly create a computer model of a product increases. Usingmodern 3D modelling software, more severe technical mistakes can be avoided, which are noticeable in the production stage, beforemanufacturing of a part. In this article, the principles of modelling and simulation while using SolidWorks software package arestudied. Modelling and prototyping of a rotating and redirecting platform is chosen as an example. A virtual model of the platformwas created to test it with modelling software, the forces that will interact with it are calculated and endurance of it‘s structure wasanalyzed. This kind of testing shows the weak aspects of this assembly. The results received showed, that additional supports are notnecessary.KEY WORDS: SolidWorks, virtual model, simulation

Programming and the optimal trajectory preference of an intelligent manipulator model

Nagrinėjant manipuliatoriaus atvirkštinės kinematikos uždavinius, būtina apskaičiuoti lanksčiai sujungtų svirčių trajektorijas, atsižvelgiant į objekto koordinačių kitimo dėsningumus. Eksperimentiniam tyrimui sukonstruoto ir pagaminto manipuliatoriaus modelio kinematikos lygčių užrašymas ir jų analizė suteikia galimybę sudaryti programavimo algoritmą svirčių kampų skaičiavimui ir judančiųjų dalių trajektorijos optimizavimui, siekiant sumažinti kelio ilgį ir efektyviau panaudoti manipuliatoriaus variklius.Abstract. Analysis of manipulator inverse kinematics needs for compiling of arm movement equations which allow specifying requirements with the view of the optimized trajectory and more effective usage of stepper motors. The thoughtful research enabled to create an algorithm for computation of angles of the arms by taking into account the conditions determined by experimental model of timber log manipulator. Keywords: manipulator, inverse kinematics, trajectory optimization, stepper motors

Overview of crane control systems and the related problems: analysis of container oscillation using different types of cargoes / Konteinerinio krano valdymo sistemų ir problemų apžvalga: konteinerio su skirtingais kroviniais svyravimų analizė

Growing international trading increased cargo transportation in containers, therefore the port cranes have higher loads. Increased cargo flows can influence transportation safety. It is therefore necessary to review the crane systems and determine what factors might influence the volatility of the container and its cargo during transportation. The paper includes consideration and analysis of crane control systems and related problems. The authors consider the reasons of problems, probable damage and solution methods. The paper also provides the analysis of the relationship between different container cargoes and container oscillations occurring during handling operations using a container crane prototype. The analysis of the effect of different cargoes in containers on loading process and the results of occurring oscillations are presented. Santrauka  Didėjant tarpžemyninei prekybai, išaugo krovinių gabenimas jūriniais konteineriais, todėl uoste esantiems kranams tenka didesnis transportavimo krūvis. Padidėję krovinių srautai daro įtaką transportavimo saugumui, todėl reikia apžvelgti krano sistemas ir nustatyti, kokie veiksniai gali daryti įtaką konteinerio svyravimams transportavimo metu. Šiame darbe yra nagrinėjamos ir analizuojamos konteinerinių kranų valdymo sistemos ir su jomis susijusios problemos. Autoriai nagrinėja problemų priežastis, galimą žalą ir sprendimui taikomus metodus. Straipsnyje pateikiama ryšio tarp skirtingų konteinerio krovinių ir svyravimų, atsirandančių krovos darbų metu, analizė, naudojant konteinerinio krano prototipą. Darbe taip pat pateikiami svyravimų analizės rezultatai, įvertinant skirtingų konteineryje esančių krovinių įtaką krovos procesui. Raktiniai žodžiai: konteinerinis kranas, krovos procesas, konteinerio svyravimai, eksperimentinė analizė, valdymo sistemos, rankinis valdymas, prototipas

Development of an adaptive intermodal container handling control subsystem based on automatic recognition algorithms

One of most important research area of our paper is development of adaptive container loading system w ith computer vision algorithms for smooth container lan ding on the platform (truck, trailer or well car of the train), whereas excessive vibration is caused at th at moment, this vibration and shocks can cause cont ainer and/or cargo damage. This paper presents container crane grabber adaptive positioning subsystem that uses computer vision algorithms. Designed subsystem consists of two separate parts: an automatic image recognition system and the adaptive control system, which is based on neural network with fuzzy interf ace. This network is using learning algorithms so it can easily control container crane motors and adapt to changing conditions (container weight, platform hei ght). Functional computer vision algorithms is prop osed and based on them computer programs was developed. Electric circuits is also created and described, th at allows testing and validation of this subsystem

REQUIREMENTS SPECIFICATION AND MODELLING OF INTELLIGENT MARINE MECHATRONIC CONTROL SYSTEMS’ PROTOTYPE

This paper demonstrates specification process of requirements for intelligent marine mechatronic control systems' prototype. Use casediagram was designed to identify the primary elements and processes of the prototype. A division of the domain area and the functionalrequirements capture process shown in the use case scenario example. Functional requirements for intelligent marine mechatronic controlsystems’ prototype were identified. There are shown modelling of intelligent marine mechatronic control systems' prototype using structural-functional method, based on the decomposition principle of the system “Top-down Approach” (shown in the deigned data flow diagramhierarchy).KEY WORDS: specification of information requirements, structural-functional modelling

Modeling and simulation of quay crane control system for PID controller optimal parameters determination / Krantinės krano valdymo sistemos kompiuterinis modeliavimas optimalioms PID valdiklio vertėms nustatyti

The main control object of Quay crane, which is operating in seaport intermodal terminal cargo loading and unloading process, is the crane trolley. One of the main frequent problem, which occurs, is the swinging of the container. This swinging is caused not only by external forces but also by the movement of the trolley. The research results of recent years produced various types of control algorithms by the other researchers. The control algorithms are solving separate control problems of Quay crane in laboratory environment. However, there is still complex control algorithm design and the controller’s parameter estimation problems to be solved. This paper presents mathematical model of the Quay crane trolley mechanism with the suspended cargo. The mathematical model is implemented in Matlab Simulink environment and using Dormand-Prince solving method. The presented model of laboratory quay crane mathematical model is dedicated to parameter estimation of PID controller of closed loop system with the usage of S –form speed input profile. The article includes the dynamic model of the presented system, the description of closed loop system and modeling results. These results will be used as an initial information for the PID parameters estimation in real quay crane control system. The simu-lation of the model was performed using estimated values of controller. The sway influence of the cargo, the usage of the trolley speed input S-shaper and the PID controller was used to control the trolley speed. Santrauka  Jūriniame įvairiarūšiame terminale atliekant konteinerių krovos procesus, vienas iš krantinės kranų valdymo objektų yra vežimėlis. Viena iš problemų, su kuria susiduriama dažniausiai, yra konteinerio svyravimai, kuriuos, be išorinių veiksnių, taip pat sukelia ir vežimėlio judėji-mas. Remdamiesi paskutinių kelerių metų tyrimais, mokslininkai sukūrė įvairių valdymo algoritmų, kurie laboratorinėmis sąlygomis spren-džia atskiras krantinės kranų valdymo problemas. Tačiau kompleksinių ir efektyvių valdymo algoritmų ir jų valdymo sistemos parametrų nustatymo metodai vis dar kuriami ir tobulinami. Šiame darbe sudarytas krantinės krano vežimėlio su kabančiu kroviniu mechanizmo sis-temos matematinis modelis. Šis modelis realizuotas Matlab Simulink aplinkoje ir sprendžiamas taikant Dormand-Prince metodą. Sukurtas laboratorinio krantinės krano valdymo sistemos kompiuterinis modelis skirtas uždarosios valdymo sistemos PID valdiklio parametrams nustatyti, kai užduoties signalui taikomas S formos greičio kitimo profilis. Darbe pateiktas sistemos dinaminis modelis, aprašyta uždaroji valdymo sistema, pateikti kompiuterinio modeliavimo rezultatai, kuriuos planuojama panaudoti kaip pradinę informaciją realaus krano PID valdiklio parametrams derinti. Atlikta simuliacija naudojant nustatytas vertes ir įvertinti krovinio svyravimai taikant S formos greičio kitimo profilį kartu su PID valdikliu vežimėlio greičiui valdyti. Reikšminiai žodžiai: krantinės kranas, matematinis modelis, valdymo sistema, S profilis, PID valdiklis, Matlab