Алгоритмы распределения упоров по органам активного управления движением корабля Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

где

d j(g,Z,| _ Ju+]"ht hr^ht dJ) On<*)

2

-J'

1 An ¿2r ]

?

Третий способ [6] использует оценку производной через приращение Да/. параметра а,:

В качестве примера на рис. 1 и рис. 2 приведены результаты статистического моделирования для трех рассмотренных способов оценивания псевдоградиента, показывающие зависимость математического ожидания погрешности оценивания параметров аффинных МГДИ от числа итераций для СКМР и ВКМК соответственно. На рис. 3 приведены соответствующие графики для среднеквадратического отклонения оценок параметров при СКМР. Результаты получены при следующих условиях моделирования:

параметры МГДИ: ср = 20° , к = 1.25, кх = 5 ,

— -4; начальные приближения параметров

Фо = 0 > ^о ~ ^ Ко ~ 0Л 0 = 0 . Приведённые

результаты усреднены по 50 реализациям. На всех графиках кривые I, 2 и 3 соответствуют первому, второму и третьему способам оценивания псевдоградиента ЦФ.

Анализ приведённых зависимостей показывает, что наиболее предпочтительным способом оценивания псевдоградиента является способ, основанный на аналитическом дифференцировании заданной ЦФ, поскольку он обеспечивает наибольшую скорость сходимости оценок при прочих равных условиях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Васильев, К. К.. Ташлинский А. Г. Оценивание параметров деформаций многомерных изображений,

наблюдаемых на фоне помех // Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии: Труды IV Всерос. конф., 4.1. - Новосибирск: СО РАН, 1998. - С. 261-264.

2. Ташлинский, А. Г., Кочкадаев А. В.7 Минкина Г. Л. Выбор целевых функций и псевдоградиента при оценивании межкадровых геометрических деформаций изображений // Вестник УлГТУ. - 2003. - № 4. -С. 54-56.

3. Цыпкин, Я. 3. Информационная теория идентификации / Я. 3. Цыпкин. - М.: Наука. Физматлит, 1995. — 336 с.

4. Tashlinskii, A. G. Pseudogradient estimation of image sequence spatial deformations / Automation, Control and Inrormation Technology // A Publication of The International Association of Science and Technology for Development - 1ASTED. - Anaheim-Calgary-Zurich: ACTA Press, 2002. - pp. 382-385.

5. Минкина, Г. Jl. Выбор целевых функций при псевдоградиентном оценивании межкадровых де-фор м а ци й изо бр ажен ий // Информационно-телекоммуникационные технологии: тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. - М.: МЭИ, 2004. - С. 24-26.

6. Minkina, G. L., Samojlov М. U., Tashlinskii A. G. Goal Function Usage At Image Interframe Geometrical Deformation Pseudogradient Estimation / 7th International Conference on Pattern Recognition and Image Analysis: New Information Technologies (PRIA-7-2004). St. Peterburg, October 18-23, 2004. Conference Proceedings (Vol. Mil), Volume I., St. Peterburg: SPbETU, 2004.-Pp. 314-315.

о ©

Минкина Галина Леонидовна, студентка УлГТУ Самойлов Михаил Юрьевич, аспирант кафедры САПР УлГТУ.

Ташлинский Александр Григорьевич, доктор технических наук, профессор кафедры САПР УлГТУ. Имеет работы в области статистической обработки цифровых изображений.

УДК 621.398

А. Н. ВАСИЛЬЕВ

АЛГОРИТМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УПОРОВ ПО ОРГАНАМ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ

Рассмотрены схемы распределения сил, поступаемых с системы автоматического управления,, по органам активного управления движением (ОУД) корабля, предложены варианты повышения эффективности использования ОУД.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УПОРОВ «ВРАЗДРАЙ» нием (ОУД). Для эффективного управления судном

Имеется надводное судно, использующее опреде- необходимо управлять всеми ОУД и контролировать

ленный набор органов активного управления движе- их параметры одновременно., что существенно осложняет задачу оператора. Поэтому необходимо раз-

А Н Васильев ?004 работать схемы распределения управляющих сил

Fn t., и момента M , по ОУД, которые посту-

^ т | ч» i ) Г*" »

пают с системы автоматического управления движением корабля (САУ ДК).

Пусть набор ОУД состоит из пары носовых подруливающих устройств (ПУ) и пары кормовых выдвижных поворотных колонок (ВПК). ПУ характеризуются величинами максимального развиваемого упора Тт[у мако плеч 1хпул и 1\ПУп от центра масс корабля до точки приложения упоров вдоль оси Ох и угла наклона оси ПУ 0Пу- Каждая из ВПК характеризуется величинами максимального развиваемого

упора Твпкмакс, угга перекладки ВПК фвпкл, фвпкп и плеч 1\впк и 1увгк до точки приложения упоров вдоль осей Ох и Оу соответственно. Схема расположения ОУД на корабле приведена на рис. 1.

Каждое из ОУД вырабатывает упоры, которые действуют на корабль в виде сил и моментов, которые можно привести к центру масс корабля

и записать в виде системы уравнений:

р

F, трсо ~ ^ ПУ C0S ® ПУ + F, лВпк. + Fn пВПК , F = F 4- F -I- F

\ трос у Л У у л ВПК у пВПК J

М = F -1 -cosG i-(F -F VI -

1 \'ПУ \пу ЧАЧЛВЛК х лВЛК / уВГЖ

- (F + F VI

V1 \ЛВПК А V«ВПК✓ 1X ВПК•

Простейшим случаем распределения упоров является такой, при котором левая и правая ВПК работают синхронно, т. е. поворачиваются на один и тот же угол перекладки и развивают одинаковые частоты вращения гребных винтов. В этом случае алгоритм вычисления требуемых параметров для ОУД следующий:

1) Рассчитывается поперечная составляющая Рувпк требуемого упора ВПК:

<

0)

F

F * I - М

1 у треб 1ГГУ 1 Атрс

треб

v ВПК

2 • П + 1 )

w V. хВПК Апу/

2) Рассчитывается величина Fyny требуемого упора ПУ:

F

2-F -1

^ vBflK L\B ПК

\ ПУ

1ПУ COS0ny

о л

) Если расчётшлй упор на ПУ превышает максимально возможное значение, то он ограничивается сверху.

4) По модели ПУ рассчитывается продольная составляющая Рх пу=ЦРу пу) и рассчитывается продольная составляющая ГхВпк требуемого упора ВПК:

F -F

х треб А\

х треб

хПУ

X 8ЛК

5) Определяются необходимые упоры и углы перекладки: - для левой ВПК:

F

лВПК -у/ЦсВПК РуВПК >

Ф лвпк= sign(FyBrac)-arccos(Fx впк/Рлвпк); - для правой ВПК:

С — 'р2 р2

А пВ "IK л/ х ВПК ^ 1 у ВПК 5

Ф двшг sign(FyBnK)-arccos(FxBnK/FnBnK).

Л ПУ

П ПУ

Ф л ВПК

ЛВПК

у пВПК

ПВПК

Рис. 1. Схема расположения ОУД на корабле и вырабатываемые ими упоры

Данная схема является достаточно эффективной, однако практика показывает, что ОУД задействуются не в полной мере. Например, в случае бокового движения (при швартовке или при противодействии боковому ветру, течению или волнению) ПУ входят в ограничение, а ВПК еще имеют достаточный запас по силе, но, согласно данной схеме распределения, не могут его использовать.

Поэтому предлагается следующий алгоритм, условно называемый режимом распределения упоров «враздрай».

1) Проводятся вычисления по синхронной схеме распределения упоров и проверяется ситуация вхождения в ограничение ПУ. Если ТуПУ< ТПу макс> используются результаты рассчитанной синхронной схемы, в противном случае следует переход ко 2-му шагу.

2) Меняется величина проекций упоров левой и правой ВПК Рх двдк иРхпвпк на величину (Цгх (т. е. производится раздвигание ВПК относительно первоначального угла перекладки):

Рхлвпк = Рхдвпк + sigllPU•dFx,

Рх пВПК = Рх пВПК - signPU•dFx,

где 51^Ри=1, если в ограничение вошло левое ПУ иsignPU—1, если в ограничение вошло правое ПУ. При этом 1-е уравнение системы (1) остается в равновесии, а баланс 3-го нарушается.

3) Из 3-го уравнения системы (1) рассчитывается требуемый упор на ПУ. При этом выходит из равновесия 2-е уравнение системы (1).

! .

а

о

в

Рис. 2. «Сектора ответственности» каждой ВПК

в алгоритмах «экономичного» распределения упоров

4) Из 2-го уравнения системы (1) пересчитывают-

ся проекции лвпк и Рупвпк-

5) Выполняются шаги 3-4 до тех пор, пока ПУ не выйдут из ограничения (что означает окончание работы алгоритма) или вычисленная величина Рупу не станет отрицательной. Такая ситуация возникает из-за маятникого характера изменения РуПу и Рупвпк иРугтвпк, т.к. уменьшение величины РуПу приводит к необходимости увеличивать Рулвгж и Рупвпк> что> в свою очередь, приводит к необходимости увеличивать Рупу> а следовательно, уменьшать Рулвпк и Ру пвпк и т. д.

6) Увеличивается величина с!Рх3 и выполняются шаги 2-5 до тех пор, пока ПУ не выйдут из ограничения (проверяется на шаге 5) или не выяснится, что данное сочетание требуемых сил и моментов разложить по ОУД невозможно.

Эксперимент показывает, что использование данного алгоритма позволяет максимально эффективно задействовать имеющиеся ОУД и значительно увеличить величину отрабатываемого упора, направленного вдоль оси Оу.

К недостаткам данного алгоритма относится следующее:

¡.Пилообразный характер выходных параметров при плавном изменении входных.

2. Существуют сочетания входного сигнала, при которых алгоритм не способен рассчитать выходные данные.

3. Если требуемый упор превышает возможности органов управления, то «синхронный» алгоритм ограничивает выходные сигналы, и корабль продолжает двигаться, тогда как алгоритм распределения упоров «враздрай» не способен в такой ситуации выдавать адекватные выходные сигналы.

Тем не менее представленный алгоритм может служить основой для дальнейшего изучения в данном направлении, т. к. обладает видимым преимуществом перед синхронной схемой распределения упоров.

«ЭКОНОМИЧНОЕ» РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УПОРОВ

В ситуации, когда корабль находится вблизи точки позиционирования при благоприятной метеорологической обстановке, для управления движением целесообразным является задействование не обеих ВПК одновременно, а какой-либо одной: левой или правой. В связи с этим был доработан алгоритм синхронного распределения упоров таким образом, что в каждый момент времени нагрузка распределяется между одной из ВПК и ПУ. При этом каждой из двух ВПК назначается «сектор ответственности» (см. рис. 2) относительно продольной или поперечной осей корабля, в котором производится её работа. Вторая, неработающая в текущий момент времени ВПК ориентирована в противоположном секторе для возможности быстрого включения в работу без дополнительных затрат времени на разворот колонки.

Алгоритмы распределения упоров, подобные приведённым выше, могут также использоваться в аварийных ситуациях, когда не работает одна из ВПК, при условии благоприятной метеорологической обстановки.

Васильев Александр Николаевич, магистр техники и технологий по направлению «Радиотехника», аспирант кафедры САПР. Имеет работы в области анализа тепловых процессов в твердотельных структурах, а также в области моделирования систем управления подвижными объектами.

УДК 621.391.2

К. К. ВАСИЛЬЕВ, Д. Ш. КАМАЕВ

КВАЗИКОГЕРЕНТНЫЙ ПРИЁМ СИГНАЛОВ В МНОГОЛУЧЕВЫХ КАНАЛАХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Рассмотрены модели и алгоритмы поэлементного цифровых сигналов в системах мобильной связи с замираниями и рассеянием при наличии аддитивных гауссовских помех.

В настоящее время для передачи данных всё шире используются каналы связи с замиранием и рассеиванием [1-7]. Наряду с традиционными системами ионосферной радиосвязи и радиосвязи с тропосферным рассеиванием, большой вес приобрели системы

© К. К. Васильев,ХШ- Камаев, 2004

мобильной связи, характеризующиеся сложными моделями сигналов и помех, особенно в условиях быстрого движения объекта в мегаполисе. При этом для оценивания характеристик многомерных каналов применяются пилот-сигналы [2-4], встраиваемые в слоты информационных систем. Рассмотрим основные вероятностные характеристики квадратурных