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선박운동제어를 위한 비선형 관측기 설계
Nonlinear Observer Design for Dynamic Positioning Control of a Surface Vessel 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.16 no.6, 2012년, pp.79 - 85  

김영복 (부경대학교 기계시스템공학과) ,  장지성 (부경대학교 기계시스템공학과)

초록
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본 논문에서는 항내에서 저속으로 운동(항해)하는 선박의 운동제어문제에 대해 고려하고 있다. 항내에서는 특히 그 운동속도가 느리므로 일반 항해에서와는 달이 저주파대역에서의 운동특성이 중요하다. 대부분의 중대형선박이 항내에서 터그보트에 의해 접안시설로 이동하게 된다. 이러한 사실을 고려하여 대상선박이 4기의 터그보트에 의해 제어되는 선박의 제어계 설계문제에 대해 고찰하고 있다. 주요 연구내용은 크게 두가지로 구분된다. 첫째 비선형특성이 강하게 포함되어있는 선박운동특성을 고려하여 비선형관측기를 설계한다. 이것은 특히 저주파수 대역에서 선박의 위치와 속도 등 제어신호를 계산하는데 필요한 정보를 추정하는데 유효한 방법으로 잘 알려져 있다. 이를 기반으로 외란 등에 강인한 슬라이딩모드 제어기를 설계한다. 결과적으로 비선형관측기를 포함한 슬라이딩모드제어기의 유용성을 시뮬레이션을 통해 검증하였으며 이 결과는 실험을 위한 유용한 기초자료로 활용될 것이다.

주제어

#비선형관측기   #슬라이딩모드제어   #트랙추종  

AI 본문요약
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제안 방법

  • In this paper, the authors proposed a new approach for dynamic positioning problem in the harbor area by using nonlinear observer and sliding mode controller. The nonlinear observer has shown that the wave frequency disturbances can be accurately estimated.
  • The trend on DPS was discussed on a survey paper by Sorensen1). The main objective of the DPS is to make sure that the ship maintains the fixed position and heading or follows a predetermined track in the horizontal plane by using propulsion system. In this paper, maneuvering problem of vessel in harbor area is considered with DPS system.

이론/모형

  • Notice that the velocity measurement of ship is almost not available on vessel system. With uncertainty and complexity of ship dynamics and environmental disturbances, the authors propose a robust controller by using sliding mode control(SMC) technique. The SMC technique has been applied for path following control of ship in restricted water3) and trajectory tracking of underwater vehicle4) etc.
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참고문헌 (10)

  1. A. J. Sorensen, 2011, "A Survey of Dynamic Positioning Control Systems", Annual Review in Control, Vol. 35, pp. 123-136. 

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  2. T. I. Fossen and J. P. Strand, 1999, "Passive Nonlinear Observer Design for Ships Using Lyapunov Methods: Full-Scale Experiments with a Supply Vessel", Automatica, Vol. 35, pp. 3-16. 

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  3. R. Zhang, Y. Chen, Z. Sun, F. Sun and H. Xu, 2000, "Path Control of a Surface Ship in Restricted Waters Using Sliding Mode", Transactions on Control System Technology, Vol. 8, pp. 722-732. 

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  4. A. J. Healey and D. Lienard, 1993, "Multivariable Sliding Mode Control for Autonomous Diving and Steering of Unmanned Under Water Vehicles", Journal of Ocean Engineering, Vol. 18, pp. 327-339. 

    상세보기 crossref

  5. H. M. Bae, V. P. Bui, D. S. Lee and Y. B. Kim, 2010, "A Development of Constrained Control Allocation for ship Berthing by Using Autonomous Tugboats", Journal of the Korean Society for Power System Engineering, Vol. 14, No. 6, pp. 96-101. 

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  6. V. B. Bui and Y. B. Kim, 2012, "A Study on the Development of Dynamic Positioning system for Barge Type Surface Vessels", Journal of the Korean Society for Power System Engineering, Vol. 16, No. 2, pp. 66-74. 

  7. Thor. I. Fossen, 2002, "Marine Control System-Guidance and Navigation, Rigs and Underwater Vehicle", Trondheim, Norway, Norwegian University of Science and Technology. 

  8. V. P. Bui, H. Kawai, Y. B. Kim and K. S. Lee, 2011, "A Ship Berthing System Design with Four Tugboats", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 25, pp. 1257-1264. 

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  9. B. V. Phuoc and Y. Kim, 2011, "Design of Sliding Mode Controller for Ship Positioning Control", Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, Vol. 17, No. 9, pp. 869-874. 

    원문보기 상세보기 crossref

  10. B. V. Phuoc and Y. Kim, 2011, "A Study on the Development of Dynamic Positioning System for Barge Type Surface Vessels", Journal of the Korean Society for Power System Engineering, Vol. 16, No. 2, pp. 66-74. 

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