پديد آورنده :
لويي پور، مهدي
عنوان :
رويكردي جديد در فيلترينگ موج و تخمين اختلال در تثبيت موقعيت ديناميكي شناورهاي دريايي
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
108ٌ:مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي كشميري، محمد دانش
توصيفگر ها :
فيلتر شكافدار , مشاهده گر غيرخطي
استاد داور :
اميرحسين دوايي مركزي، حسن صيادي، فريد شيخ الاسلام، سعيد بهبهاني
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/01/15
كد ايرانداك :
ID857 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده در يك دهه اخير با توسعه اكتشافات و استخراج منابع در بستر درياها به خصوص در اعماق زياد استفاده توسبعه و بهينبهسبازي سامانههاي تثبيت موقعيت ديناميكي شناورهاي دريايي رشد قابل توجهي داشته است فيلترينگ و تخمين سرعت و اختاللهاي محيطبي نقش مهمي در طراحي سامانههاي تثبيت موقعيت ديناميكي ايفا ميكند اندازهگيري موقعيت و وضعيت در شبناورهاي دريبايي همبواره تحت تاثير نيروهاي نوساني ناشي از اختاللهباي محيطبي ماننبد بباد مبوج و جريبانهباي دريبايي قبرار مبيگيبرد اعمبال مسبتقيم ايبن اندازهگيريها در حلقه كنترل باعث ايجاد عملكرد نامطلوب سيستم كنترل شناور خرابي و سايش سيستم پيشبرانش و همچنبين افبزايش قابل توجه انرژي مصرفي ميشود بنابراين الزم است سيگنالهاي نوساني از موقعيت اندازهگيري شده حذف شود و يا به حداقل كاهش يابد عالوه بر اين در بسياري از كاربردها مانند تثبيت موقعيت ديناميكي فقط كنترل حركت فركانس پبايين شبناور مبدنمر اسبت لبذا الزم است سيگنال حركت فركانس پايين شناور مشخص گردد از طرف ديگر اندازهگيبري اخبتاللهباي محيطبي و سبرعت شبناور در بسياري از موارد غيرممكن بوده و يا نياز به ابزار گرانقيمت دارد اين در حالي است كه تخمين اين متغيرها ببا اسبتفاده از يبك سبيگنال نويزي نيز مطلوب نيست در اين رساله يك رويكرد جديد در فيلترينگ و تخمين اختالل و سرعت شناورهاي دريايي در كاربرد تثبيبت موقعيت ديناميكي ارائه شده است اين رويكرد شامل يك ساختار تركيبي از يك فيلتر و يك مشاهدهگر غيرخطي است كه به صبورت سري به هم متصل شدهاند وظيفه بخش فيلتر تخمين حركت فركانس پايين و حذف حركت فركانس موج شناور با استفاده از سبيگنال موقعيت است اختالل فركانس پايين و سرعت شناور توسط مشاهدهگر غيرخطي و با استفاده از حركت فركانس پايين شناور تخمينزده ميشود مستقل بودن فيلتر از مشاهده گر باعث افزايش كيفيبت و دقبت در تخمبين حركبت فركبانس پبايين اخبتالل و سبرعت شبناور ميشود كه به نوبه خود باعث افزايش كيفيت عملكرد سيستم كنترل تثبيبت موقعيبت ديناميبك مبيگبردد عبالوه ببر ايبن فيلترينبگ و تخمين حركت فركانس پايين مبتني بر سيگنال بوده و مستقل از مدلهاي شناور و اختالل فركانس پايين است و لذا نسبت به نامعينيهاي مدل مقاوم است سادگي ساختار و ماژوالر بودن آن باعث سهولت توسعه آن ميشود در قالب رويكرد پيشنهادي سه سباختار فيلتبر مشاهدهگر معرفي شده است در هر ساختار معادالت حاكم ارائه شده و پايداري فيلتر مشاهدهگر غيرخطي و پايبداري سباختار اثببات شده است و شرايط الزم در انتخاب ضرايب بهره ارائه شده است با انجام شبيهسازيهاي متعدد در شرايط مختلف و همچنين استفاده از دادههاي واقعي موج عملكرد و قابليتهاي هر يك از ساختارها بررسي شده و نتايج با روش شناختهشده و متداول مقايسبه شبده اسبت با توجه به تغيير حالت دريا در حين عمليات و لزوم تنميم فيلترينگ و تخمين حالبت ببا شبرايط جديبد ببا اضبافه كبردن يبك مكبانيزم تخمين فركانس به ساختارهاي قبلي دو ساختار وفقي معرفي شده است در اين ساختارها فركانس موج به صورت بر خط و با اسبتفاده از سيگنال حركت شناور تخمين زده ميشود در انتها بر مبناي رويكرد جديد ساختار متداول در طراحي سامانه كنترل تثبيت موقعيبت ديناميكي شناورهاي دريايي اصالح شده است با انتخباب يبك كنتبرل كننبده متبداول در سبامانه تثبيبت موقعيبت دينباميكي و ببا انجبام شبيه سازي عددي ابتدا اهميت و تاثير فيلترينگ موج و تخمين اختالل فركانس پايين بر كاهش نوسانات سبيگنال كنتبرل بررسبي شبده است و در ادامه عملكرد سامانه كنترل پيشنهادي با عملكرد روش متداول مقايسه شده و صبحت و برتبري عملكبرد آن نشبان داده شبده است كلمات كليدي فيلترينگ موج تخمين اختالل تثبيت موقعيت ديناميكي فيلتبر شبكافدار مشباهدهگبر غيرخطبي شناورهاي دريايي
چكيده انگليسي :
109 A New Approach in Wave Filtering and Disturbance Estimation in Dynamic Positioning of Marine Crafts Mehdi Loueipour Loueipour@cc iut ac ir Date of Submission 2016 01 17 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree Doctor of Philosophy PhD Language FarsiSupervisor Mehdi Keshmiri Assoc Prof Mehdik@cc iut ac ir Mohammad Danesh Assoc Prof Danesh@cc iut ac irAbstract In the past decade by the development of offshore exploration and exploitation especially in deepwater usage development and optimization of marine craft dynamic positioning DP systems have been grown Filtering and state estimation are the most important issues in designing DP systems Position and headingmeasurements are often affected by oscillatory signal due to environmental disturbances such as wind waveand ocean current as well as sensor noise Using these measurements directly in control loop causesunacceptable operational function mechanical wear and tear of the propulsion system components and extrafuel consumption Therefore it is required to extract the oscillatory motion from the total positionmeasurement called wave filtering In addition in many operations such as DP only control of the lowfrequency LF motion is required In most cases velocities of the vessel and values of disturbances are notavailable and they should be estimated On the other hand estimation of these variables from noisymeasurements is not desirable In this thesis a new approach is presented for wave filtering and stateestimation in regulation and dynamic positioning of marine crafts In this approach LF and wave frequency WF motion components LF disturbance forces and vessels velocities are estimated from the measuredposition signals Structure of the proposed approach is composed of a filter stage and a nonlinear estimatorthat are connected in series The main feature of the proposed approach is that filtering and estimation of LFmotions are signal based and independent from estimation of the LF disturbances and velocities hence theyare not affected by models uncertainties Based on the proposed approach three filter observer structuresincluding notch filter observer NFO modified notch filter observer1 MFO1 and modified notch filter observer2 MFO2 are introduced In each structure the governing equations are presented and filterstability observer stability and stability of structures are proven In practice the sea state is changing whichcauses variation of the fundamental frequency of wave and consequently variation of the peak frequency ofoscillatory motion of the vessel Hence the proposed structures are furnished with an estimation law offundamental frequency of WF vessel motion that improves their performances considerably and adjusts toactual conditions in operation Two adaptive structures including adaptive modified notch filter observer1 AMFO1 and adaptive modified notch filter observer2 AMFO2 are proposed Several computersimulations using MATLAB Simulink environment are provided to evaluate performance of the proposedstructures Simulations illustrate the desirable performance of the proposed structures the efficacy ofmodifications and their comparison with the conventional approach Furthermore the proposed MFO2 wasused in the conventional DP control system to evaluate performance of the proposed approach in the controlloop The effect of wave filtering and LF disturbances estimation in DP control system from the point ofreducing control signal fluctuations are evaluated by some numerical simulations This is important in viewof reduction of wear and tear in propulsion system and fuel consumption Simulation results show that usingthe proposed approach in DP control system leads to better performance in comparison with the conventionalmethod Keywords Wave filtering Disturbance estimation Dynamic Positioning Notch filter Nonlinera observer Marine craft
استاد راهنما :
مهدي كشميري، محمد دانش
استاد داور :
اميرحسين دوايي مركزي، حسن صيادي، فريد شيخ الاسلام، سعيد بهبهاني
