Volume: 6
Issue: 3
Year: 2018
Design of an Optimal Controller for the Roll Stabilization of Surface Ships with Active Fins [J ETA Maritime Sci]
J ETA Maritime Sci. Ahead of Print: JEMS-50570 | DOI: 10.5505/jems.2018.50570  

Design of an Optimal Controller for the Roll Stabilization of Surface Ships with Active Fins

Mehmet Selçuk Arslan
Yildiz Technical University

In this paper, an optimal controller is designed to control the undesired roll motion of a ship under the effect of sea waves by using active fin stabilizers. The roll dynamics is described by a single-degree-of-freedom nonlinear model. An actuator dynamics is also included to the dynamic system. Sinusoidal and random wave models are used to describe the wave elevation that causes disturbance moments in the ship. A worst-case scenario is the application of the periodic wave to bring the ship resonance, whereas the random waves are used to test the system at the smooth and moderate sea states. In designing the controller, the energy optimal control method, which allows both the closed-loop and real-time control of dynamic systems, is employed, and the control law is obtained analytically. The performance of the controller, under the effect of environmental disturbances, is tested by computer simulations and the results are compared with those from LQR controlled ship.

Keywords: Ship roll motion, Fin stabilizer, Optimal control, Roll damping


Gemilerin Aktif Kanatla Yalpa Stabilizasyonu için bir Optimal Kontrolcü Tasarımı

Mehmet Selçuk Arslan
Yıldız Teknik Üniversitesi

Bu çalışmada, dalga etkisi nedeniyle istenmeyen yalpa hareketi yapan bir geminin aktif kanat dengeleme sistemi vasıtasıyla kontrolü için bir optimal kontrolcü tasarımı yapılmıştır. Tek serbestlik derecesine sahip doğrusal olmayan bir model kullanılarak yalpa dinamiği tanımlanmıştır. Ayrıca, kanatlara ait aktüatör modeli de sisteme eklenmiştir. Gemiye bozucu etki yapan deniz dalgalarının modellenmesinde, dalga yüksekliğinin sinüzoidal bir fonksiyon ve rastgele dalga modeli kullanılmasıyla iki yaklaşım benimsenmiştir. Periyodik dalga ile geminin doğal frekansında rezonansa getirilmesiyle olabilecek en kötü durum test edilmeye çalışılırken, küçük ve orta dalgalı deniz durumlarına karşılık gelen iki ayrı rastgele dalga modeli ile gerçekte karşılaşılabilecek durumlar test edilmeye çalışılmıştır. Kontrolcü tasarımında, dinamik sistemlerin gerçek zamanlı ve kapalı çevrim kontrolüne imkan veren enerji optimal kontrol metodu kullanılmıştır. Analitik olarak elde edilen kontrol kuralı vasıtasıyla, bahsedilen bozucu etkiler altında, kontrol performansı bilgisayar simülasyonları ile test edilerek istenmeyen yalpa hareketinin azaltıldığı gösterilmiştir ve bir LQR kontrolcü ile kontrol edilmiş geminin yalpa hareketleriyle karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Gemi yalpa hareketi, Kanat dengeleyici, Optimal kontrol, Yalpa sönümleme




Corresponding Author: Mehmet Selçuk Arslan, Türkiye


TOOLS
Print
Download citation
RIS
EndNote
BibTex
Medlars
Procite
Reference Manager
Share with email
Share
Send email to author

Similar articles
Google Scholar





Copyright © 2014 JEMS
Lookus & OnlineMakale