Robust Control of Diesel Ship Propulsion

کنترل موتورهای دریایی و نیروگاه‌های نیروی محرکه یکی از زمینه‌های مورد توجه صنعت دریایی است. مشارکت نویسنده در تعدادی از پروژه‌های تحقیقاتی نزدیک به هم به همراه تجربه عملی کشتی به کنترل قوی پیشرانه کشتی دیزلی اجازه می‌دهد تا دید وسیعی از نیازها و مشکلات صنعت کشتیرانی در این زمینه ارائه دهد.

این کتاب تعدادی از مدل‌ها و انواع کنترل را پوشش می‌دهد: یک مدل فضای حالت غیرخطی یکپارچه از سیستم نیروی محرکه دریایی توسعه داده شده است. این مبتنی بر اصول فیزیکی است که عدم قطعیت های ناشی از ترمودینامیک موتور و اختلالات ناشی از هیدرودینامیک پروانه را شامل می شود. این مدل از شبکه‌های عصبی مصنوعی برای به تصویر کشیدن غیرخطی‌های فرآیندهای ترموشیمیایی تولید نیرو/گشتاور موتور و تعامل دینامیکی موتور-توربوشارژر استفاده می‌کند. شبکه‌های عصبی انعطاف‌پذیری ریاضی و فرمالیسم مورد نیاز را با آموزش عددی و گزینه‌های کالیبراسیون با استفاده از مدل‌های موتور ترمودینامیکی یا سری داده‌های اندازه‌گیری شده ترکیب می‌کنند. مدل حالت-فضای عصبی به طور مناسب تجزیه می شود تا یک مدل اغتشاش خطی مناسب برای سنتز کنترل کننده ارائه شود.

قانون کنترل انتگرالی (مشتق) تناسبی تحت دیدگاه تنظیم سرعت شفت برای رد اغتشاش افزایش یافته مورد بررسی قرار می گیرد. بار پروانه دینامیک و پیکربندی سیستم شفتینگ دریایی معمولی امکان اجرای هوشمند ترم D را بر اساس بازخورد گشتاور شفت فراهم می کند.

کنترل بازخورد حالت کامل برای افزایش استحکام نیروگاه جبران شده در برابر عدم قطعیت پارامتری و پویایی نادیده گرفته شده الزامات H-بی‌نهایت در ماتریس انتقال حلقه بسته به طور مناسب به موارد مشابه در توابع انتقال اسکالر تجزیه می‌شوند، که مشخصاتی را ارائه می‌دهند که دستکاری آسان‌تر است.

در واقع، روش ها به طور مقایسه ای ارزیابی شده و پیشنهاداتی برای برنامه های کاربردی و برنامه های کاربردی ارائه شده است. این رویکرد مصنوعی برای کنترل نیروگاه رانش و مشکلات عملیاتی باید هم برای نظریه‌پردازان و هم برای متخصصان مفید باشد و می‌تواند به راحتی برای کنترل سایر فرآیندها یا سیستم‌های خارج از حوزه دریایی نیز به کار گرفته شود.

The control of marine engines and propulsion plants is a field of increasing interest to the maritime industry. The author's participation in a number of closely related research projects together with practical shipboard experience allows Robust Control of Diesel Ship Propulsion to present a broad view of the needs and problems of the shipping industry in this area.

The book covers a number of models and control types: An integrated nonlinear state-space model of the marine propulsion system is developed. This is based upon physical principles that incorporate uncertainties due to engine thermodynamics and disturbances due to propeller hydrodynamics. The model employs artificial neural nets for depicting the nonlinearities of the thermochemical processes of engine power/torque generation and the engine-turbocharger dynamical interaction; neural nets combine the required mathematical flexibility and formalism with numerical training and calibration options using either thermodynamic engine models or measured data series. The neural state-space model is decomposed appropriately to provide a linearised perturbation model suitable for controller synthesis.

The proportional integral (derivative) control law is examined under the perspective of shaft speed regulation for enhanced disturbance rejection of the propeller load. The typical marine shafting system dynamics and configuration allow for a smart implementation of the D-term based on shaft torque feedback.

Full-state feedback control is, examined for increased robustness of the compensated plant against parametric uncertainty and neglected dynamics. The H-infinity requirements on the closed-loop transfer matrix are appropriately decomposed to similar ones on scalar transfer functions, which give specifications which are easier to manipulate.

In effect, the methods are comparatively assessed and suggestions for extensions and practical applications are given. This synthetic approach to the propulsion plant control and operational problems should prove useful for both theoreticians and practitioners, and can be easily adopted for the control of other processes or systems outside the marine field, as well.