Identification of motion model parameters for a surface ship under disturbances
EDN: XMMUUC
Abstract
The proposed approach to identifying the parameters of the motion model for a surface ship subject to external disturbances uses the measurements of heading, yaw rate, speed through the water, and global satellite navigation system (GNSS) data. The model struc ture is set in the state space.
We use the criterion of how close is the real vehicle response to a given control input to its motion model response under the same disturbances. It is proposed to apply the Kalman filter with the state vector including the disturbances, and an iterated procedure for estimating pa rameters by minimizing the criterion. It is shown that this ensures stable identification of mod el parameters under different disturbances. Simulation results are presented to evaluate the quality of identification. The approach was validated in full-scale tests of a high-speed boat.
References
1. Льюинг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя / пер. с англ. под ред. Я.З. Цып кина. М.: Наука, 1991. 432 с.
2. Holzhüter, T., Robust identification in an adaptive track controller for ships, Proceedings of the 3rd IFAC Symposium on Adaptive Systems in Control and Signal Processing, Glasgow, UK, 1989, pp. 275–280.
3. Тумашик А.П. Расчет гидродинамических характеристик судна при маневрировании / А.П. Тумашик // Судостроение. 1978. № 5. С.13–15.
4. Van Amerongen, J., Adaptive steering of ships-a model reference approach, Automatica, 1984, vol. 20, no. 1, pp. 3–14.
5. Perera, L.P., Oliveira, P., Soares, C.G., System identification of nonlinear vessel steering, Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 2015, vol. 137, no. 3, Article ID 031302, pp. 1–7.
6. Julier, S., Uhlmann, J., A New Extension of the Kalman Filter to Nonlinear Systems, Proceedings of SPIE: The International Society for Optical Engineering, 1997, vol. 3068, pp. 182–193.
7. Källström, C.G. and Aström, K.J., Experiences of system identification applied to ship steering, Automatica, 1981, vol. 17, no. 1, pp. 187–198.
8. Herrero, E.R., Velasco, F.J., Two-step identification of non-linear manoeuvring models of marine vessels, Ocean Engineering, 2012, vol. 53, pp. 72–82.
9. Luo, W., Parameter Identifiability of Ship Manoeuvring Modeling Using System Identification, Mathematical Problems in Engineering, 2016, vol. 11, no. 17, pp. 1–10.
10. Xu, H., Hassani, V., Soares, C.G., Uncertainty analysis of the hydrodynamic coefficients estima tion of a nonlinear manoeuvring model based on planar motion mechanism tests, Ocean Engineer ing, 2019, vol. 173, pp. 450–459.
11. Dai, Y.T., Liu, L.Q., Feng, S.S., On the identification of coupled pitch and heave motions using opposi tion-based particle swarm optimization, Mathematical Problems in Engineering, 2014, vol. 2014, 10 p.
12. Пашенцев С.В. Параметрическая идентификация маневренных характеристик по результатам натурных испытаний вида «Зигзаг» в нелинейной модели управляемости судна // Вестник МГТУ. 2010. Т. 13. №4/1. С. 730–735.
13. Жабко Н.А. Параметрическая идентификация динамических моделей морских судов // Вест ник ВГТУ. 2012. №1.
14. Овчаренко В.Н., Поплавский Б. К. Идентификация нестационарных аэродинамических характеристик самолета по полетным данным // Изв. РАН. ТиСУ. 2021. №6. С. 24–34.
15. Егорчев М.В., Козлов Д.С., Тюменцев Ю.В. Моделирование продольного углового движения самолета: сопоставление теоретического, эмпирического и полуэмпирического подходов // Научный вестник МГТУ ГА. 2015. №211. С. 116–123.
16. Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Мисриханов М.Ш. и др. Применение алгоритма точного размещения полюсов при решении задач наблюдения и идентификации в процессе управления движением космического аппарата// Изв. РАН. ТиСУ. 2013. №1. С. 135–151
17. Дмитриев С.П., Пелевин А.Е. Задачи навигации и управления при стабилизации судна на траектории. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2004. 160 с.
18. Денисов В.И., Чубич В.М., Черникова О.С. Активная параметрическая идентификация стохастических линейных систем. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. 192 с.
19. Нгуен Х.Т., Власов С.М., Скобелева А.В. Математическое моделирование и идентификация параметров модели надводного судна // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Том 21. № 3. С. 418–425.
20. Lipko, I., Identification of the horizontal movement of the underwater vehicle MiddleAUV, Interna tional Russian Automation Conference (RusAutoCon), IEEE, September 2022, pp. 820–825.
21. Nomoto, K., Taguchi, T., Honda, K., On the steering qualities of ships, International Shipbuilding Progress, 1957, vol. 4, pp. 354–370.
22. Пелевин А.Е. Идентификация параметров модели объекта в условиях внешних возмущений // Гироскопия и навигация. 2014. № 4. С. 111–120.
23. Методы исследования нелинейных систем автоматического управления / под ред. Р.А. Нелепина. М.: Наука, 1975. 448 с.
24. Справочник по теории корабля. Т.3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания / под ред. Я.И. Войткунского. Л.: Судостроение, 1985. 768 с.
Review
For citations:
Pelevin A.E. Identification of motion model parameters for a surface ship under disturbances. Gyroscopy and Navigation. 2023;31(4):192-205. (In Russ.) EDN: XMMUUC
Views:
8
Email this article 