بخشی از مقاله
چکیده
مسئله ردیابی مسیر براي شناورهاي دریایی از اهمیت بالایی برخوردار است. به دلیل دینامیک پیچیده و وابسته به سرعت شناورهاي تندرو پروازي، روشهاي متداول ردیابی مسیر که بیشتر براي کشتی هاي با سرعت پایین به کار میروند مناسب نمیباشد. در این پروژه با فرض اینکه درجات آزادي قائم شناور مقادیر کوچکی هستند، دینامیک 4 درجه آزادي شناور تندرو پروازي مدلسازي می- گردد و سپس مسئله ردیابی یک مسیر مرجع دایروي، در چارچوب یک مسئله کنترل بهینه مقید و با در نظر گرفتن قیود مربوط به سیستم هدایت و قیود مربوط به سرعت هاي خطی و زاویه اي شناور و با هدف مینیمم کردن خطاي مسیر شناور از مسیر مرجع، مطرح میگردد. تکنیک حل این مسئله کنترل بهینه، استفاده از روش شبه- طیفی گاوس میباشد. نتایج حاصل از این روش، نشاندهنده توانمندي روش مذکور در ردیابی مسیر براي این شناور تندرو می- باشد.
مقدمه
هدف از مسئله ردیابی مسیر1، تعقیب یک مسیر مرجع توسط شناور میباشد .[1] کارهاي انجام شده در این حوزه گستره زیادي را شامل میشود. از روش هاي مبتنی بر مدلهاي خطی سازي شده مثل کار هولزاتر [2]، تا روشهاي کنترل غیر خطی مثل روش خطی سازي ورودي- خروجی2 و روش مد لغزشی3 به کار برده شده توسط برگ و همکاران [3] و چنگ و همکاران .[1] در تمام این موارد تعداد درجات آزادي شناور با تعداد تجهیزات کنترلی مستقل یکسان است.
ضمن اینکه قیود مربوط به اشباع عملگرها و قیود سرعت شناور در نظر گرفته نشده است. لی [4] با استفاده از روش کنترلی مبتنی بر پیشبینی مدل4، مساله تعقیب مسیر را براي شناورهاي داراي کمبود عملگر5 و با در نظر گرفتن قیود مزبور انجام داده است. با این حال تاکنون مسئله ردیابی مسیر براي شناورهاي تندرو پروازي با کمبود عملگر و در نظر گرفتن دینامیک رول شناور و قیود سیستم هدایت و سرعت شناور انجام نشده است. در این مقاله مسئله ردیابی یک مسیر دایروي و با وجود ملاحظات مذکور انجام شده است. بدین ترتیب ابتدا مدل دینامیکی شناور تندرو بررسی میشود و سپس روش شبه- طیفی گاوس6 به عنوان روش حل یک مسئله کنترل بهینه بیان می- گردد و در نهایت مسئله ردیابی یک مسیر دایروي مطرح میگردد.
مدلسازي شناور تندرو پروازي
شناور مورد بررسی در این مقاله، شناوري است تندرو، با حداکثر سرعت پیشروي 43 نات به همراه دو موتور 200 اسب بخار که قابلیت گردش به چپ و راست دارند. لازم به ذکر است که مشخصات سرعت و توان پیش رانش شناور بر اساس یکی از شناورهاي تندرو بسیار پرکاربرد در ناوگان پلیس دریایی جمهوري اسلامی ایران است. در شکل 1 دو دستگاه مختصات جهانی - x-y-z - و دستگاه متصل به بدنه - xb-yb-zb - که براي توصیف حرکات شناور بهکار میروند، به همراه درجات آزادي این شناور در دستگاه بدنی مشخص شده است . - [5] - همچنین موقعیت نیروي پیشران نسبت به دستگاه بدنی شناور مشخص شده است. در ادامه پارامترهاي موجود در این شکل بیشتر توضیح داده میشوند.
