Nastawy regulatora kursu dla autopilota statku

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_252/5

send Zbigniew Świder Politechnika Rzeszowska, Katedra Informatyki i Automatyki, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów

Download Article

Streszczenie

Przedstawiono wybrane metody doboru nastaw PID dla regulatora kursu w autopilocie statku. Spójność projektowania jest możliwa dzięki temu, że zastosowano model Nomoto dla statku oraz dzięki eliminacji przez regulator stałej czasowej obiektu, przez co układ zamknięty staje się układem 2-go rzędu. W dwóch przypadkach założono dodatkowo, że układ ten ma mieć podwójną stałą czasową, różniącą się w zadanym stosunku r od stałej czasowej obiektu. Pokazano, że tak zaprojektowany regulator kursu zapewnia przebiegi aperiodyczne krytyczne przy skokowej zmianie wartości zadanej oraz lepiej tłumi zakłócenia środowiskowe niż standardowo nastrojone regulatory.

Słowa kluczowe

autopilot statku, dobór nastaw regulatorów, odpowiedź skokowa, regulator PID

Tuning the Heading Controller for the Ship’s Autopilot

Abstract

Selected methods of PID settings for the heading controller in the ship’s autopilot are presented. The consistency of the design is possible due to the fact that the Nomoto model was used for the ship and thanks to the elimination of the time constant of the object by the controller, so that the closed system becomes a 2nd order system. In two cases, it was additionally assumed that the system is to have a double time constant, differing in a given ratio r from the time constant of the object. It has been shown that the heading controller designed in this way provides critical aperiodic waveforms at a step change in the setpoint value and suppresses environmental disturbances better than standardly tuned controllers.

Keywords

PID controller, ship autopilot, step response, tuning methods

Bibliography

  1. Nomoto K., Taguchi T., Honda K., Hirano S., On the steering Qualities of Ships, Technical Report, International Shipbuilding Progress, Vol. 4, 1957, 354–370.
  2. Fossen T.I., Guidance and Control of Ocean Vehicles (4th ed.), Wiley, Chichester, 1999.
  3. Fossen T.I., Marine Control Systems, Marine Cybernetics, Trondheim, 2002.
  4. Morawski L., Pomirski J., Rak A., A cascade control system for trajectory tracking, 4th International Congress on Maritime Technological Innovations and Research, 2004, 265–276.
  5. Chen C.Y., Ruiz M.T., Delefortrie G., Vantorre M., Lataire E., An Energy-Efficient Adaptive Course Control System for Ocean Surface Ships, 11th International Workshop on Ship and Marine Hydrodynamics, Hamburg, 2019, DOI: 10.15480/882.3349.
  6. van Amerongen J., van Nauta Lemke H.R., van der Veen J.C.T., An autopilot for ships designed with fuzzy sets, “IFAC Proceedings Volumes”, Vol. 10, No. 16, 1977, 479–487, DOI: 10.1016/S1474-6670(17)69559-4 .
  7. Tomera M., Fuzzy Self-tuning PID controller for a Ship Autopilot, Proceedings of the 12th International Conference on Marine Navigation and Safety of see transportation, TransNav, Gdynia, 2017, DOI: 10.1201/9781315099132-15.
  8. Trybus L., Świder Z., Stec A., Tuning Rules of Conventional and Advanced Ship Autopilot Controllers, Automation 2015, 303–311, DOI: 10.1007/978-3-319-15796-2_31.
  9. Świder Z., Trybus L., Consistent design of PID controllers for an autopilot, “Polish Maritime Research”, Gdańsk, Vol. 30, No. 1, 2023, 78–85, DOI: 10.2478/pomr-2023-0008.
  10. Saari H., Djemai M., Ship motion control using multi-controller structure. “Ocean Engineering”, Vol. 55, 2012, 184–190, DOI: 10.1016/j.oceaneng.2012.07.028.
  11. Åström K.J., Hägglund T., Automatic tuning of simple regulators with specifications on phase and amplitude margins. “Automatica”, Vol. 20, No. 5, 1984, 645–651, DOI: 10.1016/0005-1098(84)90014-1.