Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Математическое и алгоритмическое обеспечение систем управления режимами движения судов на внутренних водных путях

Диссертация: Математическое и алгоритмическое обеспечение систем управления режимами движения судов на внутренних водных путях
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Известно, что внешние условия в значительной степени могут менять динамические и статические характеристики объекта. Существующие судовые системы управления (назовем их собственными системами) не способны противостоять этим изменениям характеристик. Создание же адаптивных систем — задача дорогостоящая и малоэффективная, так как она не может быть решена без наличия необходимого информационного… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Применение неавтономных систем для управления движением флота по внутренним водным путям
    • 1. 1. Понятие автономности в информационных системах управления
    • 1. 2. Классификация систем неавтономного управления
    • 1. 3. Принцип избыточности при структурном анализе и синтезе неавтономных систем управления
  • Глава 2. Математические модели динамики судовых комплексов для условий движения по внутренним водным путям
    • 2. 1. Основные уравнения
    • 2. 2. Методики формализации действующих на судно сил и моментов
    • 2. 3. Математические модели для оценки расхода энергии при движении судна. v .,."
    • 2. 4. Линеаризация математических моделей процесса движения судна
  • Глава 3. Управление движением судна в межшлюзовых бьефах
    • 3. 1. Управление режимами движения, когда ширина судна несоизмерима с шириной фарватера
    • 3. 2. Управление режимами движения, когда ширина судна соизмерима с шириной фарватера
    • 3. 3. Управление режимами движения судна на криволинейных траекториях
  • Глава 4. Управление движением судна при входе в шлюз
    • 4. 1. Математическая модель управления шлюзованием логическая модель)
    • 4. 2. Управление входом судна в шлюз, когда их геометрические размеры несоизмеримы
    • 4. 3. Управление входом судна в шлюз, когда их геометрические размеры соизмеримы

Математическое и алгоритмическое обеспечение систем управления режимами движения судов на внутренних водных путях (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Эффективность работы водного транспорта — понятие многофункциональное. Эффективность зависит не только от четкости работы портов, гидротехнических сооружений, различных служб пароходств, от качества взаимодействия с другими видами транспорта, но и от эксплуатационных характеристик отдельных транспортных единиц. Под такими характеристиками будем понимать безопасность движения, точность выполнения расписания, количество израсходованного топлива, затраты ручного труда на управление судном. Причем работа того или иного теплохода на оптимальных значениях эксплуатационных характеристик зависит не только от степени автоматизации судовой силовой установки и рулевого комплекса, от профессионального мастерства экипажа, но и от внешних условий. Под внешними условиями будем понимать, например, метеорологическую обстановку, характеристику фарватера, плотность движения.

Известно, что внешние условия в значительной степени могут менять динамические и статические характеристики объекта. Существующие судовые системы управления (назовем их собственными системами) не способны противостоять этим изменениям характеристик. Создание же адаптивных систем — задача дорогостоящая и малоэффективная, так как она не может быть решена без наличия необходимого информационного обеспечения.

Если управление судном (судовым комплексом) осуществляется в условиях малой степени автоматизации и задача компенсации действия внешней среды решается человеком, то присутствие здесь субъективных факторов также накладывает свой отпечаток на качественные показатели.

С ростом численности флота увеличивается плотность движения на водных трассах. В этой обстановке вопросы оптимального использования судовых комплексов связаны с организацией движения, с управлением режимами работы судовых силовых установок, с решением задач расхождения на узких и извилистых фарватерах, с осуществлением управления при проходе гидротехнических сооружений. Перечисленные задачи не могут быть эффективно решены только собственными системами управления.

Аналогичные проблемы управления решаются при организации движения автомобильным транспортом в крупных городах, при управлении железнодорожным и авиационным транспортом. Эти Задачи решаются своими специфическими методами.

Для автомобильного транспорта — это регулируемые перекрестки с нежесткой программой, организация движения с помощью «зеленой волны». Для железнодорожного транспорта — это создание автоматизированных систем управления в пределах крупных узловых станций, с автоматическим съемом информации и частично автоматизированной выдачей рекомендуемых управлений. На авиационном транспорте подобная задача решается путем создания систем управления воздушным движением. Эти системы используются для обеспечения захода на посадку, для осуществления посадки, для контроля параметров движения самолетов на трассе (высота полета, курс, скорость продольного движения).

Имеются попытки организации движения некоторым рациональным образом и на водном транспорте. К ним относится применение береговых радиолокационных станций для проводки судов по узким фарватерам (в портах г. г. С. Петербурга, Находки, Ильичевска, Мурманска).

Интересны результаты использования комплекса радиолокационных телеуправляемых станций с передачей изображения на центральный пост управления на реках Эльбе и Везере.

Эти примеры показывают, что современной тенденцией развития управления подвижными объектами является использование несобственных систем управления. То есть систем, которые управляют сразу некоторой группой объектов. Управляющаяся часть таких систем является общей для данной совокупности объектов.

Несобственные системы обладают значительно большей разрешающей способностью, относительно меньшей стоимостью по сравнению с собственной системой объекта, предназначенной для подобных же целей.

Отдельные несобственные системы могут быть легко объединены для автоматизации транспортного процесса на более высоком уровне.

Применение несобственных систем на водном транспорте, которые мы дальше будем называть неавтономными в отличии от автономных, используемых непосредственно на объекте, должно преследовать следующие цели:

— управление режимами движения на трассах большой протяженности (более 10 км) с целью точного выполнения расписания и получения экономии топлива;

— управление режимами движения на трассах малой протяженности (менее 10 км) при прохождении, например, гидротехнических сооружений;

— управление расхождением судов на узких и извилистых фарватерах, управление обгоном одного судна другим.

Конструирование, создание и дальнейшая эксплуатация подобных систем управления требует проведения обширного круга исследований, как в теоретическом, так и в экспериментальном плане.

Настоящая работа преследовала следующие цели:

1. Проанализировать на основе возможных функциональных и структурных схем главные особенности неавтономных систем, выявить их основные, функционально-связанные составные части, используя принцип избыточности структур, определить связь между качественными показателями и количеством используемых в системе элементов.

2. Разработать методы качественной и количественной идентификации объектов неавтономных систем, необходимые для решения задач управления в условиях малых отклонений фазовых координат.

3. Разработать методы теоретико-экспериментального характера идентификации объектов, необходимые для решения задач управления при больших отклонениях фазовых координат.

4. Синтезировать алгоритмы управления, необходимые для создания математического обеспечения неавтономных систем при управлении режимами движения на трассах большой протяженности, когда:

— пренебрегается динамика объекта;

— учитывается динамика объекта, а параметры внешней среды изменяются в функции времени;

— учитывается динамика объекта, а параметры внешней среды изменяются в функции времени и в функции пути;

— учитывается динамика объекта, причем его параметры изменяются нелинейно.

5. Синтезировать алгоритмы управления, необходимые для создания математического обеспечения неавтономных систем для условий управления режимами движения на трассах малой протяженности, когда:

— время движения фиксировано и геометрические размеры фарватера несоизмеримы с размерами судового комплекса;

— требуется обеспечить максимальное быстродействие на фарватерах, геометрические размеры которых соизмеримы с размерами судового комплекса.

6. Произвести синтез алгоритмов управления боковым движением для осуществления безопасного расхождения судов.

7. Предложить пути синтеза структур систем неавтономного управления.

Основные результаты работы внедрены в НПФ «Меридиан», в ВолгоДонском Государственном бассейновом управлении водных путей и судоходства.

Заключение

.

На основании проведенных исследований, изложенных в диссертации, получены следующие научные результаты:

1. Выполнен анализ возможных вариантов функциональных и структурных схем неавтономных систем управления движением судов на внутренних водных путях. Используя принцип избыточности структур, определены связи между качественными показателями системы и количеством используемых в ней элементов.

2. Разработаны методы качественной и количественной идентификации объектов управления неавтономных систем, необходимые для решения задач управления в условиях малых отклонений фазовых координат.

3. Разработаны методы теоретико-экспериментального характера идентификации объектов, необходимые для решения задач управления при больших отклонениях фазовых координат.

4. Создан комплекс математических моделей судна для бокового и продольного перемещения при движении на трассах малой и большой протяженности и доказана их адекватность.

5. Синтезированы алгоритмы управления, на основе разработанного математического обеспечения, необходимые для управления режимами движения судов на трассах большой протяженности.

6. Синтезированы алгоритмы управления, на основе разработанного математического обеспечения для условий управления режимами движения на трассах малой протяженности.

7. Выполнен синтез алгоритмов управления боковым движением судна для осуществления безопасного расхождения в стесненных условиях плавания.

8. Произведено моделирование процессов управления автономными и неавтономными системами процесса управления судов, что позволило ре.

154 шить структурные и функциональные вопросы синтеза информационной, управляющей и исполнительной частей системы управления.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Автоматизация судовых энергетических установок / Р. А. Нелепин, О. П. Демченко, В. И. Агеев, В. Л. Бондаренко- Под ред. Р. А. Нелепина. — Л.: Судостроение, 1975. — 534 с.
  2. И. Л. Математическое программирование в примерах и задачах. М.: Высшая школа, 1993. — 334 с.
  3. М., Фалб П. Оптимальное управление. М.: Машиностроение, 1968.-765 с.
  4. Атлас единой глубоководной системы Европейской части РСФСР. Том 8, Волго-Донской водный путь, от Волгограда до Азовского моря. Мин-речфлот РСФСР. Управление Волго-Донского судоходного канала им. В. И. Ленина. ДСП. 1978.
  5. Атлас единой глубоководной системы Европейской части РСФСР. Том 8, река Волга от Саратовского гидроузла до Астрахани. Минречфлот РСФСР. Главводпуть, Волжское бассейновое управление пути. ДСП. 1982.
  6. А. М. Ходкость и управляемость корабля. М.: Транспорт, 1967. -255 с.
  7. А. М., Анфимов В. Н. Гидродинамика судна. М.: Транспорт, 1961.-654 с.
  8. А. С., Москвин Г. И. Береговые системы управления движением судов. М.: Транспорт, 1986. — 160 с.
  9. А. С. Исследование операций в транспортных системах. -М.: Мир, 1992.-580 с.
  10. И. И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука, 1971.-494 с.
  11. А. И., Михайлов К. А. Гидравлика. М.: Стройиздат, 1972.- 648 с.
  12. М. А., Рихтер А. А. Режимы работы судовых дизелей. Д.: Суд-промгиз, 1963. — 320 с.
  13. Г. И. О соотношении габаритов судового хода и толкаемых составов. М.: Речной транспорт, 1962. — 22 с.
  14. А. Г., Глущенко В. В. Системы управления. М.: Вузовская книга, 2000. — 326 с.
  15. А. В., Белоглазов В. И. Управляемость винтового судна. -М.: Транспорт, 1966. 167 с.
  16. Водоэнергетические расчеты методом Монте-Карло. Под ред. Резни-ковского А. М. М.: Энергия, 1969. — 303 с.
  17. В. Н., Денисов А. А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: ГТУ, 1999. — 512 с.
  18. А. А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. М.: Наука, 1979. — 320 с.
  19. Р. Ф., Кириллова Ф. М. Качественная теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1971. — 508 с.
  20. Р. Ф., Кириллова Ф. М. Оптимизация линейных систем. -Минск: изд-во БГУ имени В. И. Ленина, 1973. 245 с.
  21. Р. Ф., Кириллова Ф. М. Особые оптимальные управления -М.: Наука, 1973.-256 с.
  22. А., Матросов А. и др. Microsoft Office 2000: разработка приложений. СПб.: 2000, BHV. — 656 с.
  23. В. Ю., Бондаренко В. Л. Теоретические основы эксплуатации судовых дизелей. М.: Транспорт, 1965. — 376 с.
  24. В. В. Прогнозирование. СПб.: ГУВК, 1998. 235 с.
  25. А. Д. Теория и расчет поворотливости судов внутреннего плавания. Л.: Судостроение, 1971. — 255 с.
  26. В. И. Вырожденные задачи оптимального управления. М.: Наука, 1977. — 309 с.
  27. Д. Дрю. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 1972. — 424 с.
  28. В. В., Конторов Д. С. Проблемы системологии. М.: Советское радио, 1976. — 296 с.
  29. А. А., Глушко Ю. В. Синтез алгоритма управления нелинейными, нестационарными объектами на основе обратной задачи динамики. Доклады АН СССР, 1981. т. 256, № 5, с. 1057 1061.
  30. В. В. Судовые тяговые расчеты. М.: Речной транспорт, 1956.-320 с.
  31. Д. К. Расчет элементов маневрирования для предупреждения столкновения судов 11 Тр. ин-та / Новосибирский институт инженеров водного транспорта. 1960. — 46 с.
  32. Д. К. Теоретические основы безопасности плавания судов. М.: Транспорт, 1973. — 223 с.
  33. А., Вольф Дж. Модели группового поведения в системе человек-машина. М.: Мир, 1973 — 262 с.
  34. X., Хамара Т. Управление дорожным движением. М.: Транспорт, 1983. — 248 с.
  35. Е. Н., Попов С. А., Сахаров В. В. Идентификация и диагностика судовых технических систем. JI.: Судостроение, 1978. — 176 с.
  36. И. Т. Пропускная способность транспортных систем. М.: Транспорт, 1986. — 240 с.
  37. Г. В. Цель и приспособляемость движения. М.: Наука, 1974.-528 с.
  38. Н. Н. Теория управления движением. М.: Наука, 1968.476 с.
  39. П. Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Линейные модели. М.: Наука, 1987. — 268 с.
  40. Ю. М. Динамические модели в обратных задачах управления движением флота / Сб. научных трудов «Управление в транспортных системах11 СПб.: СПГУВК, 1995. с. 90−97.
  41. Ю. М. Оптимизация эксплуатационных режимов работы дизельных энергетических установок судов внутреннего плавания / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -Л. 1990. с.
  42. Ю. М. Основы системотехники. Учебное пособие. Л.: ЛИВТ, 1988. — 46 с.
  43. Ю. М., Кулибанов М. Ю. Групповое поведение в системах человек-машина / Сб. научных трудов 1,190 лет транспортного образования11 СПб.: СПГУВК, 1999. с.184−188.
  44. Ю. М., Кулибанов М. Ю. Особые управления в задачах оптимизации расхода энергии при движении транспортных судов / Сб. научных трудов 11Методы прикладной математики в транспортных системах11 СПб.: СПГУВК, 1998. с. 131−136.
  45. Ю. М., Кулибанов М. Ю. Особые управления в человеко-машинных системах оптимизации расхода топлива / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах11 выпуск II, СПб.: СПГУВК, 1998. с. 78−83.
  46. Г. И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1989. — 608 с.
  47. Маршрутное описание Водных путей Донского Бассейна. Минреч-флот РСФСР. Управление Волго-Донского судоходного канала им. В. И. Ленина. ДСП. 1975.
  48. Д. Эргономические основы разработки сложных систем. -М.: Мир, 1979. -456 с.
  49. М., Махо Д., Тахахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973. — 344 с.
  50. А. В. Внутренние водные пути. М.: Стройиздат, 1973.328 с.
  51. Н. Н. Численные методы в теории оптимальных систем. -М.: Наука, 1971.-424 с.
  52. В. П., Дымарский Я. С. Элементы теории управления ГАП. -Д.: Машиностроение, 1984. 333 с.
  53. В. И. Вопросы совместной работы двигателей, винтов и корпуса судна. Л.: Судостроение, 1965. — 247 с.
  54. В. И. Динамика содовых комплексов. Д.: Судостроение, 1967.-294 с.
  55. В. И. Оптимальные режимы работы судовых комплексов. -М.: Транспорт, 1974. 200 с.
  56. В. И., Брук В. М. Системотехника: методы и приложения. -Д.: Машиностроение, 1985. 200 с.
  57. С. Б., Земляновский Д. К., Щепетов И. А. Организация безопасности плавания судов. М.: Транспорт, 1972. — 215 с.
  58. В. Г. Элементы теории судовождения на внутренних водных путях. Часть 1, 2. М.: Транспорт, 1962. — 300 с.
  59. Н. Н., Долгачев Ф. М. Гидравлика. Основы гидрологии. М.: Энергия, 1977.-407 с,
  60. Ю. П. Оптимальное управление движением транспортных средств. Д.: Энергия, 1969. — 96 с.
  61. Ю. П. Оптимальные регуляторы судовых силовых установок (теоретические основы). Д.: Судостроение, 1974. — 117 с.
  62. Ю. П. Теория и методы проектирования оптимальных регуляторов. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 240 с.
  63. А. И., Сливина М. A MATHCAD 2000 математический практикум. М.: Финансы и статистика, 2000. — 655 с.
  64. Л. С., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Л. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1969. — 384 с.
  65. В. Г. Кибернетические принципы самоорганизации. Л.: ЛГПИ, 1974.-350 с.
  66. Л. А., Пономарев Ю. П. Экстраполяционные методы проектирования и управления. М.: Машиностроение, 1986. — 116 с.
  67. Л. М. Управляемость толкаемых составов. М.: Транспорт, 1969. — 128 с.
  68. Л. М., Соларев Н. Ф. Маневренность речных судов. М.: Транспорт, 1967. — 144 с.
  69. Н. Ф. Безопасность маневрирования речных судов и составов. М.: Транспорт, 1980. — 215 с.
  70. Н. Ф., Сорокин Н. А. Инерционные характеристики и безопасность расхождения судов и составов. М.: Транспорт, 1972. — 136 с.
  71. С. Б., Субботин Ю. Н. Сплайны в вычислительной математике. М.: Наука, 1976. — 248 с.
  72. М. А., Ляхов К. С. Организация движения флота. М.: Транспорт, 1985. — 288 с.
  73. А., Кулибанов М. Ю. Окружающая среда как объект автоматизированного управления / Сб. научных трудов «Информационная поддержка систем контроля и управления на транспорте11 СПб.: СПГУВК, 1998. с. 60−67.
  74. И. Е. Человек как звено следящей системы. М.: Наука, 1981.-288 с.
  75. С. М. Искусственный интеллект. -М.: Мысль, 1985. 200 с.
  76. П. Н., Соларев Н. Ф., Щепетов И. А. Управление судами и составами. М.: Транспорт, 1971. — 352 с.
  77. Т. В., Феррел У. Р. Системы челФ&щ-маш^на. М.: Машиностроение, 1980. -400 с.161
  78. Юфа А. Л. Автоматизация процессов управления маневрирующими надводными объектами. Л.: Судостроение, 1987. — 288 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!