Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Математическое и алгоритмическое обеспечение систем автоматизированного управления судами в стесненных условиях плавания

Диссертация: Математическое и алгоритмическое обеспечение систем автоматизированного управления судами в стесненных условиях плавания
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Методы исследования. При решении данных задач использовались методы математического моделирования, основанные на теории больших систем, математическом аппарате принятия решений, теории вероятностей и случайных процессов. Основной теоретической базой для создания алгоритмов управления судами в стесненных условиях плавания использованы положения гидромеханики и гидродинамики судна и методы… Читать ещё >

Математическое и алгоритмическое обеспечение систем автоматизированного управления судами в стесненных условиях плавания (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Основные характеристики транспортного потока
    • 1. 1. Макроскопические модели движения
      • 1. 1. 1. Макроскопические параметры транспортного потока
      • 1. 1. 2. Зависимость между скоростью, плотностью и интенсивностью движения
      • 1. 1. 3. Зависимость между скоростью, плотностью и интенсивностью движения
    • 1. 2. Микроскопические модели
      • 1. 2. 1. Линейная теория следования за лидером
      • 1. 2. 2. Нелинейная теория следования за лидером
      • 1. 2. 3. Статические свойства транспортного потока

Актуальность темы

исследований непосредственно связана с увеличением эффективность работы водного транспорта, которая зависит от многих факторов. Под ней понимается эффективность работы транспортных узлов, гидротехнических сооружений, пароходств и судоходных компаний, эффективность взаимодействия с другими видами транспорта. Однако основным фактором является работа судов как транспортных единиц. Эффективность транспортных судов определяется безопасностью движения, точностью выполнения расписания, количеством израсходованного топлива, затратами 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 профессионализма экипажа, но и от внешних условий. Под внешними условиями будем понимать, например, метеорологическую обстановку, характеристики фарватера, плотность движения.

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.

Имеются достаточно удачные попытки организации движения некоторым рациональным образом 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). С помощью этих радиолокационных станций осуществляется автоматизированное управление движением, которое включает следующие основные операции: измерение координат каждого отдельного судна, контроль за его скоростью, предупреждение о встречных судах, выдача информации о наличии препятствий и рекомендаций о их преодолении.

• 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 и информационная 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.

Цель работы и задачи исследования.

Цель диссертационной работы состоит в разработке комплекса математических моделей, как на макроскопическом, так и на микроскопическом уровнях для исследования процесса движения судов в стесненных условиях плавания и на основе полученных результатов в создании алгоритмов автоматизированного управления для неавтономных систем.

Для выполнения этой цели потребовалось решение следующих основных задач:

1. Проанализировать основные параметры движения транспортных судов в стесненных условиях плавания.

2. Разработать макроскопические и микроскопические модели движения транспортных потоков судов.

3. Исследовать явления, происходящие в. транспортных потоках при движении и в частности ударные волны, их последствия и причины возникновения.

4. Разработать алгоритмы оптимального распределения транспортных потоков на основе моделей распределения и целевых функций.

5. Исследовать способы получения информации о параметрах движения судов, получить оценки и тесты для интенсивности движения.

6. Синтезировать алгоритмы управления на основе полученных математических моделей для автоматизированного управления судами на трассах большой и малой протяженности в стесненных условиях.

Методы исследования. При решении данных задач использовались методы математического моделирования, основанные на теории больших систем, математическом аппарате принятия решений, теории вероятностей и случайных процессов. Основной теоретической базой для создания алгоритмов управления судами в стесненных условиях плавания использованы положения гидромеханики и гидродинамики судна и методы оптимизации: линейное и нелинейное программирование, принцип максимума.

Научная новизна. Основными научными положениями являются:

— характеристики явлений и параметров движения транспортных судов в стесненных условиях плавания,.

— макроскопические и микроскопические математические модели движения потоков транспортных судов как объектов управления,.

— алгоритмы оптимального распределения транспортных потоков на основе моделей распределения и целевых функций,.

— методики получения информации о параметрах движения судов, оценки и тесты характеристик интенсивности движения,.

— алгоритмы для автоматизации управления потоками судов в условиях стесненного движения.

Результаты, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие основные результаты:

1. Явления и их параметры, которыми определяется движение потоков транспортных судов в стесненных условиях плавания.

2. Макроскопические и микроскопические математические модели движения потоков транспортных судов, позволяющие исследовать ударные волны в транспортном потоке, получить статистические свойства объектов управления.

3. Алгоритмы оптимального распределения транспортных потоков на основе моделей распределения и целевых функций, с помощью которых выполняется минимизация времени перемещения судна при заданной интенсивности движения.

4. Основы получения информации о параметрах движения судов, оценки и тесты характеристик интенсивности движения, которые позволяют более объективно решать задачи управления в стесненных условиях плавания.

5. Алгоритмы для автоматизации управления потоками судов в условиях стесненного движения, обеспечивающие безопасность и предназначенные для использования в автономных системах.

Практическая значимость исследований. Анализ параметров движения судов в стесненных условиях плавания позволил получить характеристики такого явления как ударные волны при следовании за лидером и тем самым обосновать время движения при разных интенсивностях транспортного потока и обеспечить безопасность, а также разработать алгоритмы управления судовой энергетической установкой и рулевым комплексом.

Реализация и внедрение результатов. Основные результаты работы использовались при анализе транспортных потоков судов и создании систем автоматизированного управления для условий стесненного движения в НПФ «Меридиан», ОАО «Техприбор», Волго-Балтийском и ВолгоДонском водных путях России. 7.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались на одной международной научной конференции по наукоемким технологиям (г. Москва), всероссийской конференции (г. Санкт — Петербург), на отраслевых семинарах в СПГУВК, ОАО «Техприбор» и НПФ «Меридиан» (г. Санкт — Петербург), на секции по наукоемким технологиям Дома ученых им. М. Горького (г. СанктПетербург).

Публикации. Основные положения, выводы и практические результаты опубликованы в 9 статьях и 2 тезисах докладов на научных конференциях.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и списка использованной литературы, работа содержит 140 страниц печатного текста, 30 рисунков.

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 результаты:

1. Выполнен анализ основных параметры движения транспортных судов в стесненных условиях плавания.

2. Разработаны макроскопические и микроскопические модели движения транспортных потоков судов.

3. Исследованы явления, происходящие в транспортных потоках при движении и в частности ударные волны и их последствия и причины возникновения.

4. Разработаны алгоритмы оптимального распределения транспортных потоков на основе моделей распределения и целевых функций, с помощью которых выполняется минимизация времени перемещения судна при заданной интенсивности движения.

5. Исследованы и предложены способы получения информации о параметрах движения судов, получены оценки и тесты для интенсивности движения при разной насыщенности транспортного потока.

6. Синтезированы алгоритмы управления для использования в неавтономных системах при автоматизированном управлении режимами продольного и бокового движения на трассах большой и малой протяженности в стесненных условиях плавания.

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. Атанс М., Фалб П. Оптимальное управление. М.: Машиностроение, 1968.-765 с.
  2. Атлас единой глубоководной системы Европейской части РСФСР. Том 8, Волго-Донской водный путь, от Волгограда до Азовского моря. Минречфлот РСФСР. Управление Волго-Донского судоходного канала им. В. И. Ленина. ДСП. 1978.
  3. 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.
  4. А. М. Ходкость и управляемость корабля. М.: Транспорт, 1967.-255 с.
  5. А. М., Анфимов В. Н. Гидродинамика судна. М.: Транспорт, 1961.-654 с.
  6. А. С., Москвин Г. И. Береговые системы управления движением судов. М.: Транспорт, 1986. — 160 с.
  7. И. И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука, 1971.-494 с.
  8. А. П., Михайлов К. А. Гидравлика. М.: Стройиздат, 1972.-648 с.
  9. М. А., Рихтер А. А. Режимы работы судовых дизелей. Л.: Судпромгиз, 1963. — 320 с. 1. Ваганов Г. И. О соотношении габаритов судового хода и толкаемых составов. М.: Речной транспорт, 1962. — 22 с.
  10. А. В., Белоглазов В. И. Управляемость винтового судна. -М.: Транспорт, 1966. 167 с.
  11. Водоэнергетические расчеты методом Монте-Карло. Под ред. Резниковского А. М. М.: Энергия, 1969. — 303 с.
  12. А. А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. М.: Наука, 1979.-320 с.
  13. Р. Ф., Кириллова Ф. М. Качественная теория оптимальных процессов. -М: Наука, 1971. 508 с.
  14. Р. Ф., Кириллова Ф. М. Оптимизация линейных систем. -Минск: изд-во БГУ имени В. И. Ленина, 1973. 245 с.
  15. Р. Ф., Кириллова Ф. М. Особые оптимальные управления -М.: Наука, 1973.-256 с.
  16. А. С. Задачи экстраполяции движения. / Сб. научных трудов «Прикладная математика в инженерных и экономических расчетах», СПб.: СПГУВК, 2001. с.26−30.
  17. А. С. Математическая модель управления шлюзованием. / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах» Выпуск VI, СПб.: СПГУВК, 2002. с.34−35.
  18. А. С. Управление дизельной энергетической установкой, обеспечивающие сближение с лидирующем судном. / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах» Выпуск VI, СПб.: СПГУВК, 2002. с.30−33.
  19. А. С., Быков А. А. Управление движением судна в межшлюзовых бьефах. / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах» Выпуск VI, СПб.: СПГУВК, 2002. с.35−42.
  20. А. С., Завьялов Н. М. Основы формирования и использования информационных ресурсов в автоматизированных системах. / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах» Выпуск VI, СПб.: СПГУВК, 2002. с.42−46.
  21. В. Ю., Бондаренко В. Л. Теоретические основы эксплуатации судовых дизелей. -М.: Транспорт, 1965. 376 с.
  22. А. Д. Теория и расчет поворотливости^ судов внутреннего плавания. Л.: Судостроение, 1971. — 255 с.
  23. В. И. Вырожденные задачи оптимального управления. М.: Наука, 1977.-309 с.
  24. Д. Дрю. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 1972. — 424 с.
  25. В. В., Конторов Д. С. Проблемы системологии. М.: Советское радио, 1976. — 296 с.
  26. 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.
  27. В. В. Судовые тяговые расчеты. М.: Речной транспорт, 1956.-320 с.
  28. Д. К. Расчет элементов маневрирования для предупреждения столкновения судов // Тр. ин-та / Новосибирский институт инженеров водного транспорта. 1960. — 46 с.
  29. Д. К. Теоретические основы безопасности плавания судов. М.: Транспорт, 1973. — 223 с.
  30. А., Вольф Дж. Модели группового поведения в системе человек-машина. М.: Мир, 1973 — 262 с.
  31. X., Хамара Т. Управление дорожным движением. М.: Транспорт, 1983. — 248 с.
  32. Е. Н., Попов С. А., Сахаров В. В. Идентификация и диагностика судовых технических систем. Л.: Судостроение, 1978. — 176 с.
  33. И. Т. Пропускная способность транспортных систем. М.: Транспорт, 1986. — 240 с.
  34. Г. В. Цель и приспособляемость движения. М.: Наука, 1974.-528 с.
  35. Н. Н. Теория управления движением. М.: Наука, 1968. -476 с.
  36. П. Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Линейные модели. М.: Наука, 1987. — 268 с.
  37. Ю. М. Динамические модели в обратных задачах управления движением флота / Сб. научных трудов «Управление в транспортных системах» СПб.: СПГУВК, 1995. с. 90−97.
  38. Ю. М. Исследование и построение математической модели системы автоматического управления курсовыми углами речного судна при возмущенном движении // 25 научно-техническая конференция ЛИВТ: Сб. докл. Л., 1971. — с. 256−265.
  39. Ю. М. Оптимизация эксплуатационных режимов работы дизельных энергетических установок судов внутреннего плавания / Диссертация на соискание ученой степени доктора Технических наук. -Л. 1990. с.
  40. Ю. М. Основы системотехники. Учебное пособие. Л.: ЛИВТ, 1988.-46 с.
  41. Ю. М. Судно как объект многосвязного регулирования при оптимальном управлении главными двигателями // Тр. ин-та: Экономика и организация перевозок / ЛИВТ. 1966. часть I. — с. 78 — 88.
  42. Ю. М., Кулибанов М. Ю. Групповое поведение в системах человек-машина / Сб. научных трудов «190 лет транспортного образования» СПб.: СПГУВК, 1999. с.184−188.
  43. Ю. М., Кулибанов М. Ю. Особые управления в задачах оптимизации расхода энергии при движении транспортных судов / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах» СПб.: СПГУВК, 1998. с. 131−136.
  44. Ю. М., Кулибанов М. Ю. Особые управления в человеко-машинных системах оптимизации расхода топлива / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах» выпуск II, СПб.: СПГУВК, 1998. с. 78−83.
  45. Ю. М., Кулибанов М. Ю., Амами Хатем. Экосистема как объект автоматизированного управления / Сб. научных трудов «Методы прикладной математики в транспортных системах» СПб.: СПГУВК, 1998. с.137−141.
  46. Маршрутное описание Водных путей Донского Бассейна. Минреч-флот РСФСР. Управление Волго-Донского судоходного канала им. В. И. Ленина. ДСП. 1975.
  47. Ю. В. Ресурсосбережение в системах управления режимами работы дизельной энергетической установкой. «Прикладная математика в инженерных расчетах на транспорте». Сборник научных трудов. СПб., 2001 г., с. 26−28.
  48. Ю. В. Управление дизельной энергетической установкой и рулевым устройством при расхождении судов. «Прикладная математика в инженерных расчетах на транспорте». Сборник научных трудов. СПб., 2001 г., с. 19−25.
  49. Д. Эргономические основы разработки сложных систем. -М.: Мир, 1979.-456 с.
  50. М., Махо Д., Тахахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973. — 344 с.
  51. А. В. Внутренние водные пути. М.: Стройиздат, 1973.328 с.
  52. Н. Н. Численные методы в теории оптимальных систем. -М.: Наука, 1971. -424 с.
  53. В. П., Дымарский Я. С. Элементы теории управления ГАП.- Л.: Машиностроение, 1984. 333 с.
  54. В. И. Вопросы совместной работы двигателей, винтов и корпуса судна. Л.: Судостроение, 1965. — 247 с.
  55. В. И. Динамика содовых комплексов. Л.: Судостроение, 1967.-294 с.
  56. В. И. Оптимальные режимы работы судовых комплексов, -М.: Транспорт, 1974. 200 с.
  57. В. И., Брук В. М. Системотехника: методы и приложения.- Л.: Машиностроение, 1985. 200 с.
  58. С. Б., Земляновский Д. К., Щепетов И. А. Организация безопасности плавания судов. М.: Транспорт, 1972. — 215 с.
  59. В. Г. Элементы теории судовождения на внутренних водных путях. Часть 1,2.- М.: Транспорт, 1962. 300 с.
  60. Н. Н., Долгачев Ф. М. Гидравлика. Основы гидрологии. -М.: Энергия, 1977. 407 с.
  61. Ю. П. Оптимальное управление движением транспортных средств. Л.: Энергия, 1969. — 96 с.
  62. Ю. П. Оптимальные регуляторы судовых силовых установок (теоретические основы). Л.: Судостроение, 1974. — 117 с.
  63. Ю. П. Теория и методы проектирования оптимальных регуляторов. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 240 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. Е. Ф., Коломнин В. В., Петров О. Ф., Степанян Н. М., Маслов Ю. В. Заявление о выдаче патента РФ на изобретение. «Способ определения запаса топлива на борту маневренного самолета» 13.08.2001 г.
  74. Е. Ф., Коломнин В. В., Петров О. Ф., Степанян Н. М., Мае лов Ю. В. Решение о выдаче свидетельства на полезную модель (заявка № 2 001 118 785/20(20 208) 09.07.2001 г. «Топливоизмерительная система»
  75. А., Кулибанов М. Ю. Окружающая среда как объект автоматизированного управления / Сб. научных трудов «Информационная поддержка систем контроля и управления на транспорте» СПб.: СПГУВК, 1998. с. 60−67.
  76. И. Е. Человек как звено следящей системы. М.: Наука, 1981.-288 с.
  77. С. М. Искусственный интеллект. М.: Мысль, 1985. — 200с.
  78. П. Н., Соларев Н. Ф., Щепетов И. А. Управление судами и составами. М.: Транспорт, 1971. — 352 с.
  79. Т. В., Феррел У. Р. Системы человек-машина. М.: Машиностроение, 1980. — 400 с.
  80. Юфа A. JI. Автоматизация процессов управления маневрирующими надводными объектами. JL: Судостроение, 1987. — 288 с.
  81. R. Е. et al. Traffic dynamics. Studies in car following. Opns. res., 1958, vol. 6, pp. 165−185.
  82. Herman R., Montroll E. W., Potts R. Traffic dynamics. Analysis of stability in car following. Opns. res., 1959, pp. 86 — 106.• 88. Pao С. P. Линейные статистические методы и их применение. М.: Наука, 1968.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!