Application of the conditional optimization method in the problem of vessel stormy sailing.

Abstract

Stormy sailing conditions are among the most extreme and dangerous. The rocking of the ship in the roll and trim channels greatly exhausts the crew, which leads to an increase in the number of errors when making management decisions. The situation worsens also due to the fact that during a storm such dangerous phenomena as harmonic and parametric resonances, a decrease in stability on passing waves, broaching, impacts of group waves in the stern, which can lead to the ship's capsizing , hull destruction, overloads of the power plant and occurrence of blackouts. The most radical way to combat such dangers is the automation of control processes. The authors have developed a method of automatic and optimal control of the ship's movement in storm conditions, which allows to avoid the occurrence and development of dangerous phenomena that lead to the capsize of the ship. The obtained result is explained by: the use of an on-board computer in the ship's motion control system; constant measurement of ship movement parameters and waves; finding, at each step of the on-board computer, safe and optimal values of the ship's course and speed by solving the optimization problem; taking into account when solving the optimization problem linear and non-linear constraints of the type of inequalities that define dangerous areas; maintaining safe and optimal movement parameters using the automatic control system. The theoretical significance of the obtained result lies in the development of a method of automatic and optimal control of the ship's movement in conditions of stormy sailing. The practical significance of the obtained results consists in: verification of the developed method by mathematical modeling; the possibility of using the method in the automatic control system, which allows to automate and optimize the processes of controlling a ship in a storm, reduce the influence of the human factor on control processes, crew fatigue, risks of losing the ship and cargo, and generally increase the safety of shipping. Штормові умови плавання є одними з найбільш екстремальних та небезпечних. Розгойдування судна в каналах хистової та диферентної качки сильно виснажує екіпаж, що призводить до збільшення кількості помилок під час прийняття управлінських рішень. Ситуація погіршується також через те, що під час шторму виникають такі небезпечні явища, як гармонійні та параметричні резонанси, зниження остійності на попутних хвилях, протягування, удари групових хвиль у корму, що може призвести до перекидання судна, руйнування корпусу, перевантажень енергетичної установки та виникнення відключень електроенергії. Найбільш радикальним способом боротьби з такими небезпеками є автоматизація процесів управління. Авторами розроблено метод автоматичного та оптимального керування рухом судна в штормових умовах, який дозволяє уникнути виникнення та розвитку небезпечних явищ, що призводять до перекидання судна. Отриманий результат пояснюється: використанням бортового комп'ютера в системі керування рухом судна; постійним вимірюванням параметрів руху судна та хвиль; знаходженням на кожному кроці бортового комп'ютера безпечних та оптимальних значень курсу та швидкості судна шляхом вирішення задачі оптимізації; врахування при розв'язанні задачі оптимізації лінійних та нелінійних обмежень типу нерівностей, що визначають небезпечні зони; підтримка безпечних та оптимальних параметрів руху за допомогою системи автоматичного керування. Теоретичне значення отриманого результату полягає в розробці методу автоматичного та оптимального керування рухом судна в умовах штормового плавання. Практичне значення отриманих результатів полягає в: перевірці розробленого методу шляхом математичного моделювання; можливості використання методу в системі автоматичного керування, що дозволяє автоматизувати та оптимізувати процеси керування судном у шторм, зменшити вплив людського фактору на процеси керування, втому екіпажу, ризики втрати судна та вантажу, а також загалом підвищити безпеку судноплавства.