دانلود رایگان ترجمه مقاله مسير شناورهای سطحی همراه با محدوديت های Rudder و Roll – آی تریپل ای ۲۰۰۹

ieee2

دانلود رایگان مقاله انگلیسی تعقيب مسير شناورهای سطحی همراه با محدوديت های Rudder و Roll: روش MPC به همراه ترجمه فارسی

 

عنوان فارسی مقاله: تعقيب مسير شناورهای سطحی همراه با محدوديت های Rudder و Roll: روش MPC
عنوان انگلیسی مقاله: Path Following for Marine Surface Vessels with Rudder and Roll Constraints: an MPC Approach
رشته های مرتبط: مهندسی عمران، سازه های دریایی، آب و سازه های هیدرولیکی
فرمت مقالات رایگان مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF میباشند
کیفیت ترجمه کیفیت ترجمه این مقاله خوب میباشد 
توضیحات ترجمه این مقاله به صورت خلاصه انجام شده است.
نشریه آی تریپل ای – IEEE
کد محصول f295

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

دانلود رایگان ترجمه مقاله

خرید ترجمه با فرمت ورد

خرید ترجمه مقاله با فرمت ورد
جستجوی ترجمه مقالات جستجوی ترجمه مقالات مهندسی عمران

 

 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

مقدمه:
كنترل شناورهاي سطحي به منظور تعقيب مسيرِ آن ،در زمينه علوم دريايي جزء مشكلات اساسي بوده و توجهات زيادي را به خود جلب كرده است . يكي از مشكلات مربوط به تعقيب مسيرِشناورهاي سطحي از اين واقعيت نشات گرفته كه سيستم ها معمولا به خوبي به پرسنل آموزش داده نمي شوند. كشتي ها اغلب داراي يك يا دو پروانه براي تقويت سرعت خود مي باشند.در زمينه مانور و تمرين نظاميِ كشتي ها،(نظير تعقيب مسير و رديابي مسير ) ،بايد تمام سه درجه آزادي(نوساني،انحرافي و افقي) را كنترل نموده و در عين حال انجام دو نوع كنترل هيچ تاثيري بر اين ۳ متغير نخواهد گذاشت بنابراين مشكل كنترل مطرح خواهد شد.پيشرفت هاي اخير در زمينه سيستم هاي كنترل غير خطي و كنترلِ سيستم هاي تحريك شده،باعث ارائه ابزارها و راه حل هاي نويني براي تمام مشكلات ۳-DoF با كمك دو كنترل مستقل گرديد.
چالش ديگر در زمينه تعقيب مسير در شناورهاي سطحي،محدوديت هاي فيزيكي در ورودي كنترل با عنوان محدوديت اندازه سكان و اشباع سكان است به تازگي،مشخص شد كه حركت roll باعث افزايش شتاب گرديده كه آن را به عنوان يكي از عوامل آسيب رسان به كشتي در نظر مي گيرند بنابراين در طراحي سيستم ها بايد با كنترل شناورهاي سطحي دقت نمود. اگرچه روش هاي كنترل غير خطي نظير مطالب ذكر شده در مرجع ۱ ا ۹،توجه جچنداني به محدوديت هاي ورودي و خروجي در طراحي سيستم ،نمي كنند اما در شبيه سازي هاي عددي و آزمون هاي خطا و بررسي پارامترهاي كنترل،همواره محدوديت هاي ديگري مطرح مي شوند. برخي از روش هاي كنترلي نظير كنترل پيش بينِ مدل يا همان MPC از مزيت هاي زيادي در توجه به محدوديت هاي ورودي و خصوصيات برخوردار اند. مبنع شماره ۱۴ به مسئله اشباع سكان در كنترلر MPC به منظور كنترلِ رديابيِ شناورهاي سطحي و دستيابي به ROLL كاهش يافته با كمك روش MPC اشاره دارد .براي بررسي بيشتر مشكل تعقيب مسير در اين مقاله،بايد با كمك زاويه سكان ،خطاي رديابي را به دقت بررسي نموده و محدوديت هاي سكان را شبيه سازي نمود نحوه استفاده از روش MPC در مطالعات پيشين چندان به وضوح ذكر نشده است .
MPC يا همان كنترل افقيِ پسرو(RHC)،تكنيك كنترلي بوده كه با توجه به محدوديت هاي ورودي و حالت،بهينه گرديده است . طي چند سال اخير،MPC در موارد متعددي با موفقيت مورد استفاده قرار گرفته از جمله سيستم هاي هوا فضا،خودروسازي،توليد مواد غذايي و مواد شيميايي. با استفاده از مدل ضمني و ويژگي هاي فعلي به عنوان ويژگي هاي اوليه مي توان مشكلِ كنترل بهينهِ افقيِ open-loop را در تمام فواصل نمونه گيري برطرف نمود. علاوه بر اين،به خاطر ماهيتِ سيستم هاي چند متغيره،mpc را مي توان با تركيب در توابع مجزاي هدف،در مسائل بيشتري مورد استفاده قرار داد.
اين مقاله،طراحي MPC را در مسائل تعقيب مسير در يك مدل تركيبي در ارتباط با شناورهاي سطحي و مسير ۲-DoF نشان مي دهد. توجه ما بر دستيابي به محدديت هاي حالت و ورودي بوده اگرچه بايد روش تعقيب مسير نيز به عملكرد قابل قبولي دست يابد . مدل خطيِ ۳-DoF به خوبي با كنترلر موجود سازگار شده و از مدل غير خطي ۴-DoF براي شبيه سازي و بررسي تعاملات ميان روش هاي كنترل تعقيب مسير استفاده به عمل مي آيد . عملكرد تعقيب مسيرِ كنترل فوق و ميزان حساسيت آن به پارامترهاي اصليِ كنترلر نظير زمان نمونه گيري،شاخص هاي وزني در توابع هزينه،با كمك شبيه سازي هاي عددي تجزيه وتحليل خواهد شد. در نهايت اينكه،اثربخشيِ كنترلر MPC در زمينه امواج نيز با كمك شبيه سازيِ آزمايشات عددي در تركيب با ميزان پوياييِ كشتي و تاثير امواج بر شناور،اندازه گيري شده است .
اين مقاله بدين شرح است:بخش ۲:شرح مدل ۴-DOF و مدل خطي ۳-DoF همراه با معادلات مربوطه براي سهولت در طراحي كنترلرِ تعقيب كننده مسير.بخش۳: توسعه الگوريتم MPC براي ارزيابيِ مساله تعقيب مسير همراه با محدوديت هاي roll و سكان.بخش ۴: نتايج شبيه سازي در آب هاي آرام و آب هاي موج دار و در بخش ۵ نيز بحث و گفتگو پيرامون پارامترهاي كنترلر و نتيجه گيري نهايي ذكر شده اند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

I. INTRODUCTION

Controlling of marine surface vessels to follow a prescribed path or track a given trajectory has been a representative control problem for marine applications and has attracted considerable attention from the control community [1]–[۹]. One challenge for path following of marine surface vessels stems from the fact that the system is often underactuated. Conventional ships are usually equipped with one or two main propellers for forward speed control, and rudders for course keeping of the ship. For ship maneuvering problems, such as path following and trajectory tracking, where we seek control for all three degrees of freedom (surge, sway and yaw), the two controls can not influence all three variables independently, thereby leading to under-actuated control problems. Recent development [2], [4]–[۶], [۸] in nonlinear control and control of under-actuated systems has offered new tools and promising solutions to deal with all 3-DoF using two independent controls. Another challenge in the path following of marine surface vessels is the inherent physical limitations in the control inputs, namely the rudder saturation and rudder rate limit. More recently, given that the roll motion produces the highest acceleration and is considered as the principal villain for the sailor seasickness and cargo damage [10], enforcing roll constraints while maneuvering in seaways becomes an important design consideration in surface vessel control. While typical nonlinear control methodologies such as those pursued in [1]–[۹] do not take these input and output constraints explicitly into account in the design process, the constraint enforcement is often achieved through numerical simulations and trial-and-error tuning of the controller parameters. Few other control methodologies, such as the model predictive control (MPC) [11], [12] and reference governor [13], have a clear advantage in addressing input and state constraints explicitly. [14] considers rudder saturation in its MPC controller for tracking control of marine surface vessels and [15] achieves the roll reduction for the heading control problem using an MPC approach. For the path following control problem considered in this paper where both the crosstracking error and heading error are controlled by the rudder angle as an under-actuated problem and rudder limitation and roll constraints need to be enforced simultaneously, MPC applications have not been found in the open literature, to the best knowledge of the authors. MPC, also known as the receding horizon control (RHC), is a control technique which embeds optimization within feedback to deal with systems subject to constraints on inputs and states [11], [12]. Over the last few decades, MPC has proven to be successful for a wide range of applications including chemical, food processing, automotive and aerospace systems [11]. Using an explicit model and the current state as the initial state to predict the future response of a plant, it determines the control action by solving a finite horizon open-loop optimal control problem on-line at each sampling interval. Furthermore, because of its natural appeal to multi-variable systems, MPC can handle underacuated problem gracefully by combining all the objectives into a single objective function. This paper presents an MPC design of the path following problem for an integrated model of the surface vessel dynamics and 2-DoF path following kinematics. Our focus is on satisfying all the inputs and state constraints while achieving satisfactory path following performance. A 3-DoF simplified linear container model is adopted in the controller design and a corresponding 4-DoF nonlinear container model is used in simulations in order to study interactions between the path following maneuvering control and seakeeping roll dynamics. The path following performance of the proposed MPC controller and its sensitivity to the major controller parameters, such as the sampling time, predictive horizon and weighting matrices in the cost-function, are analyzed by numerical simulations. Finally, the effectiveness of the MPC path following controller in the wave field is studied by simulation on a numerical test-bed which combines both ship dynamics and wave impacts on vessels. This paper is organized as follows: in Section II, the 4- DoF container model and the corresponding simplified 3- DoF linear model are presented along with the Serret-Frenet formulation to facilitate the path following control design. In Section III, the MPC algorithm is developed to address the path following problem with rudder and roll constraints. The simulation results in both calm water and wave fields are presented in Section IV together with some discussions on the controller parameter tuning, followed by the conclusions in Section V.

 

 

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.