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``Universitatea Dunărea de Jos`` GalaţiFaculté de Génie Électrique et Électronique

Specialisation: Actionnement Électriques, filière: francophone

DYNAMIC POSITION IN SURGE, SWAY AND YAW ANGLE

Étudiant: Cosmin – Eugen BĂNCEANU

Coordinateur scientifique: sl.drd Teodor DUMITRIU

- Juin 2009 -

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Table des matières

1. Introduction1.1 Principes généraux de la Position Dynamique1.2 PD Constitution pour BS-7047 AHTS

2. Simulink modelé du PD System2.1 Constitution 2.2 Navire modelé en Simulink 2.3 Observer design

3. Résultats des essais4. Conclusion Générale

3

1.1 Principes généraux de la Position Dynamique

Définition:Un système qui contrôle automatiquement la

position du navire et la avancement exclusivement par des moyens actifs de la système du propulsion.

4

1.1 Principes généraux de la Position Dynamique

Types des SystèmeEn fonction de grades de libertés:

- 6-DOF PD- 3-DOF PD

En fonction du modèle opérationnelle:- Joystick- Auto heading - Autopilot- Follow target- Auto track

5

1.2 PD Constitution pour BS-7047 AHTS

Les principales composantes d’une système avec PD sont:

- Environment reference system- Position reference system- Heading reference- Power generation- Propulsion system

6

1.2 PD Constitution pour BS-7047 AHTS

7

2.2 Navire modelé en Simulink 2. Simulink modelé du PD System

Kinematics équation:

Dynamiques équation:

ou: D - matrice d`amortissement; M - matrice d`inertie

ν - vecteur de la vitesse

τ - la commande vectorielle du PID

η – vecteur du position de la navire

vR ⋅= )(ψητ+⋅−=⋅ vvDvM )(

8

2.3 Observer design

9

yKKA T ~][ˆˆ1211 ⋅+⋅= ξξ ω

yKvyR ~ˆ)(ˆ 23 ⋅+⋅=η

yKbTb ~ˆˆ3

1 ⋅+⋅−= −

yKyRbyRvDvM TT ~)(ˆ)(ˆˆ 433 ⋅⋅++⋅+⋅−=⋅ τ

ξη ωˆˆ~ ⋅+= Cy

2.3 Observer design

Observer équations:

Observer objectives:- position et vitesse estimation- Bias estimation- Vague filtrage

10

3. Résultats des essais3.1 Navire sans Observer, Régulateur et Vagues

-30 -20 -10 0 10 20 30-30

-20

-10

0

10

20

30

Axa X

Axa

Y

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

0 100 200 300 400 500 600 700-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5x 10

4

Tim p (s ec )Un

ghi d

e ro

tatie

(gra

de)

V iz ualiz area U nghiu lui de R ota tie al Nave i

11

3. Résultats des essais3.2 Navire sans Observer et Régulateur avec Vagues

-30 -20 -10 0 10 20 30-30

-20

-10

0

10

20

30

Axa X

Axa

Y

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

12

3. Résultats des essais3.3 Navire sans Référence et Régulateur

-2 -1 0 1 2-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Axa X

Axa

Y

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

0 100 200 300 400 500 600 700-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Timp (sec)

Ung

hi d

e ro

tatie

(gra

de)

Vizualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

Unghiul de rotatie al NaveiUnghiul de rotatie estimat

13

0 100 200 300 400 500 600 700-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Timp (sec)

Vizualizare grafica a fortelor generate de sistemul de propulsie

3. Résultats des essais3.4 Navire sans Observer gains

0 5 10 150

5

10

15

Axa X (m)

Axa

Y (

m)

Vizualizare Grafica a pozitionarii Navei

Pilot Input

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

Tim p (s ec )

Ungh

i de

rota

tie (g

rade

)

V iz ualiz area Unghiulu i de R ota tie al Nave i

Unghiul de inclinare al carmeiUnghiul de inclinare al naveiSemnalul de referinta

14

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

Tim p (s ec )

Ungh

i de

rota

tie (g

rade

)

V iz ualiz area Unghiu lui de Rotat ie al Navei

Unghiul de inclinare al carmeiUnghiul de inclinare al naveiSemnalul de referinta

0 100 200 300 400 500 600 700-5

0

5

10

15

20

25

30

35

Tim p (sec )

Ungh

i de

rota

tie (g

rade

)

V iz ualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

Unghiul de inclinare al Carmei

Unghiul de rotatie al Navei

Unghiul de rotatie estimat

Unghiul impus

-2 -1 0 1 2-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Axa X (m)

Axa

Y (

m)

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

3. Résultats des essais3.5 Optimal position dynamique en Yaw angle

15

3. Résultats des essais3.6 Optimal PD en Surge, Sway et Yaw angle

0 5 10 150

5

10

15

Axa X (m)

Axa

Y (

m)

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

0 5 10 150

5

10

15

Axa X (m)

Axa

Y (

m)

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

16

3. Résultats des essais3.6 Optimal PD en Surge, Sway et Yaw angle

0 100 200 300 400 500 600 700-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Timp (sec)

Vizualizare grafica a fortelor generate de sistemul de propulsie

0 100 200 300 400 500 600 700-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Timp (sec)

Vizualizare grafica a fortelor generate de sistemul de propulsie

Commande avec Observer Gains Commande sans Observer Gains

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3. Résultats des essais3.6 Optimal PD en Surge, Sway et Yaw angle

0 100 200 300 400 500 600 700-5

0

5

10

15

20

25

30

35

Timp (sec)

Ung

hi d

e ro

tatie

(gra

de)

V izualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

Unghiul de inclinare al Carmei

Unghiul de rotatie al Navei

Unghiul de rotatie estimat

Unghiul impus

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

Timp (sec)

Unghi de rota

tie (gra

de)

Vizualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

Unghiul de inclinare al Carmei

Unghiul de rotatie al NaveiUnghiul de rotatie estimat

Unghiul impus

PD en Yaw AnglePD en Surge, Sway et Yaw Angle

18

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

Timp (sec)U

nghi

de

rota

tie (

grad

e)

Vizualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

Timp (sec)

Ung

hi d

e ro

tatie

(gr

ade)

Vizualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

-5

0

5

10

15

Tim p (s ec )

Coor

dona

ta X

(m)

V iz ua liz are G rafic a a Coordonate lor

0 100 200 300 400 500 600 700-5

0

5

10

15

Tim p (s ec )

Coor

dona

ta Y

(m)

Coordonatele Navei

Coordonatele Impuse

0

5

10

15

Timp (sec)

Coo

rdon

ata

X (

m)

Vizualizare Grafica a Coordonatelor

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

Timp (sec)C

oord

onat

a Y

(m

)

Coordonatele Impuse

Coordonatele Navei

3. Résultats des essais3.7 Position Dynamique quand Ki est variable

0 5 10 150

5

10

15

Axa X (m)A

xa Y

(m

)

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

optii KK .*5,0=

0 5 10 150

5

10

15

Axa X (m)

Axa

Y (

m)

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

optii KK .=

19

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Timp (sec)

Ung

hi d

e ro

tatie

(gr

ade)

Vizualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

3. Résultats des essais3.7 Position Dynamique quand Kd est variable

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

Timp (sec)U

nghi

de

rota

tie (

grad

e)

Vizualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

0 5 10 150

5

10

15

Axa X (m)A

xa Y

(m

)

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

35

Timp (sec)

Ung

hi d

e ro

tatie

(gr

ade)

Vizualizarea Unghiului de Rotatie al Navei

0 5 10 150

5

10

15

Axa X (m)

Axa

Y (

m)

Vizualizare Grafica a Pozitionarii Navei

Pilot Input

optdd KK .*5,0= optdd KK .=optdd KK .*1,0=

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4. Conclusions Générale

• L’augmentation du grades de liberté impose une diminution de la précision du réglage. Le système doit faire une compromise entre la position en surge et sway et la position en angle de rotation (yaw).

• L`optimisation du réglage a une niveau du précision très élevée a comme effet une augmentation non désirée de la commande du régulateur.

• La variation du composante intégral du régulateur impose une erreur stationnaire pour l`angle de rotation et une instabilité de la navire dans la voisinage du point établit.

4. La variation du composante dérivative du régulateur a comme résultat une diminution du temps de réponse qui impose la apparition d’une dépassement non désirée.

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Je vous remercie pour votre attention!