Dinamičko pozicioniranje plovnih objekata : doktorska disertacija - Mandžuka, Sadko (S. Mandžuka ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2003)
Dinamičko pozicioniranje plovnih objekata je tehnika kojom se održava pozicija i kurs plovila bez uporabe sidrenog sustava. Primjena učinkovitih sustava upravljanja za dinamičko pozicioniranje, zasnovanih prije svega na primjeni kalmanovih filtara, zahtjeva veoma kvalitetne odgovarajuće matematičke modele plovnog objekta i poremećaja iz okruženja. U ovom pristupu, osnovna pretpostavka je da se gibanje plovila sastoji od komponenti nisko-frekvencijskog i visoko-frekvencijskog podsustava (zakon superpozicije). Nisko-frekvencijski linearni matematički model plovnog objekta dobiva se postupkom linearizacije odgovarajućih diferencijalnih jednadžbi gibanja. Linearni model je ovisan o izabranoj radnoj točki koju definira stanje mora, morska struja (intenzitet i smjer), statička radna točka propulzije i dr. Kako se radi o približno mirujućem objektu (to mu je i zadaća), razumna je pretpostavka da su pripadne perturbacije po brzini i poziciji neznatne. Na taj način, opravdano je primijeniti navedeni linearni matematički model. Prikazani su rezultati simulacije za nekoliko karakterističnih manevara. Metodologija prijenosnih funkcija se koristi za definiranje visoko-frekvencijskog linearnog modela procesa dinamičkog pozicioniranja. U disertaciji je predstavljen jedan novi algoritam nelinearne regresije, a u cilju racionalizacije poznatih spektara valovlja zadanih u neracionalnim oblicima. Na konkretnim primjerima je ukazano na kvalitetu predloženog algoritma. U disertaciji je primjenjen postupak estimacije (procjene) nisko-frekvencijske komponente gibanja, zasnovan na samo-podešavajućem Kalmanovom filtru. Tu je pretpostavljeno da je visoko-frekvencijska komponenta modelirana kao sinusoidalni oscilator drugog reda s promjeljivom centralnom frekvencijom. Korištenjem odgovarajućih aproksimacija smanjeni su zahtjevi za računarsko opterećenje. U dosadašnjim istraživanjima razvoja sustava upravljanja za dinamičko pozicioniranje, najčešće je korištena klasična linearna kvadratna gaussovska (LQG) tehnika optimalnog upravljanja. Klasična LQG metodologija je nepraktična iz najmanje dva razloga. Kao prvo, ne postoji fizikalna interpretacija težinskih matrica Q i R, dok je drugi razlog česta suprotstavljenost, ako ne i nemogućnost rješenja s obzirom na sve ciljeve. Za rješavanje ovog problema u disertaciji je predložena jedna nova metodologija označena kao optimalno ograničeno kovarijancijsko upravljanje (The Optimal Constrained Covariance Control - OC3). Za potrebe simultane stabilizacije u disertaciji je korišten postupak zasnovan na primjeni linearnih matričnih nejednadžbi. U tom slučaju zadaća optimizacije se svodi na optimizaciju nominalnog modela uz uvjet očuvanja stabilnosti za politopski prostor mogućih stanja plovnog objekta. U disertaciji se predlaže i jedan novi postupak ocjene dobivenih rješenja zasnovan na ekonomskoj teoriji tzv. prikrivene cijene («shadow price»). Naime, može se pokazati da se neznatnom izmjenom nekog polaznog zahtjeva može značajno uštedjeti energetski resursi plovnog objekta. Projektiranje praktičnih sustava upravljanja u ovoj disertaciji zasnivalo se na podacima za dobro poznati brod WIMPEY SEALAB i model jednog virtualnog broda BIBROD. Ključne riječi: upravljanje brodom, dinamičko pozicioniranje, spektri valovlja, obojeni filtri, simulacije, ograničeno upravljanje, post-optimalna analiza, prikrivena cijena