Использование хаотических аттракторов для моделирования воздействия морского волнения на судно
https://doi.org/10.17285/0869-7035.0093
Аннотация
В работе рассматривается задача моделирования действующих на судно сил и моментов морского волнения для построения алгоритмов управления движением. Показано, что существующие в настоящее время подходы к описанию сил и моментов волнового возмущения обладают определенными недостатками. Предложен альтернативный подход к моделированию волнового возмущения, действующего на судно, при помощи хаотических колебаний, генерируемых в динамических системах типа «хаотический аттрактор». Проанализированы спектральные характеристики морского волнения, предложены критерии для определения диапазона существенных частот спектра сигнала. Для сравнения моделируемого процесса и морского волнения заданной высоты и средней частоты предложено сопоставлять диапазон существенных частот, дисперсию сигнала и характеристики распределения. Рассмотрены известные аттракторы Арнеодо и Чена, исследованы их спектральные свойства, построены фазовые портреты. Предложено использовать одну из фазовых координат аттрактора в качестве величины, моделирующей волновое воздействие. Математическая модель объекта дополнена уравнениями аттрактора, благодаря свойствам которого возникает квазистохастичность процесса. Оценка адекватности предлагаемой модели возмущения выполнена с помощью оценок спектров и распределений. Приведен пример моделирования бортовой качки судна с использованием предлагаемого подхода.
Об авторах
Е. Б. Амбросовская
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»; АО «Навис»
Россия
Россия
Амбросовская Елена Борисовна. Кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»; ведущий инженер-исследователь, АО «Навис»
С.-Петербург
А. Г. Шпекторов
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»; АО «Ситроникс-КТ»
Россия
Россия
Шпекторов Андрей Григорьевич. Кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»; ведущий инженер, АО «Ситроникс-КТ»
С.-Петербург
Список литературы
1. Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные Л.: Транспорт, 1974.
2. Kinsman, B., Wind Waves: Their Generation and Propagation on the Ocean Surface, 1965.
3. Proceedings of the 23rd International Towing Tank Conference, ITTC’02, Venice, Italy, September 8–14, 2002, vol. I and II.
4. Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Мореходность судов. Л.: Судостроение, 1982. 288 с.
5. Fossen, Th., Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, John Wiley & Sons, 2011.
6. Peretz, T., Blanke, M., Ship Roll Motion Control, Proc. of 8th IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems, 2010.
7. Лукомский Ю.А., Чугунов В.С. Системы управления морскими подвижными объектами: учебник. Л: Судостроение, 1988. 272 с.
8. Амбросовский В.М., Румянцев С.Н. Моделирование морского волнения, действующего на судно. СПб.: ЦНИИ «Румб». Деп. рук. N ДР3490 от 6.10.93.
9. Амбросовский В.М., Амбросовская Е.Б. Математические модели движения переднего хода МПО для отладочных стендов. Деп. рук. ВИНИТИ от 14.06.2018 (N62-В2018).
10. Пелевин А.Е. Прогноз угла наклона палубы корабля // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24. №4 (95). С. 122–132. DOI 10.17285/0869-7035.2016.24.4.122-132.
11. Дмитриев С.П., Пелевин А.Е. Задачи управления и навигации при стабилизации морского судна на траектории. СПб: ЦНИИ «Электроприбор», 2002. 160 c.
12. Исполов Ю.Г. Численное решение задачи Коши для конечномерных математических моделей механических систем // Механика и процессы управления. Труды СПбГТУ. 1993. №446. С. 35–41.
13. Синай Я.Г. Конечномерная случайность // Успехи математических наук. 1991. Т. 46. Вып. 3 (279).
14. Мун Ф. Хаотические колебания. М.: Мир, 1990.
15. Кузнецов Н.В. Теория скрытых колебаний и устойчивость систем управления // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2020. №5. С. 5–27.
16. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. Элементы математического моделирования в программных средах MATLAB 5 и Scilab. СПб.: Наука, 2001. 286 с.
17. Koszalka, I., Baltic Sea Waves Analysis by Using Chaos Theory Tools, 2006.
18. Recommended Practice DNV-RP-C205. Environmental Conditions and Environmental Loads, April 2014.
19. Амбросовская Е.Б., Калимов Д.В., Попова Е.В. Оценивание полосы частот действующего на судно волнового возмущения по результатам экспериментальных данных // Транспорт России: проблемы и перспективы. Материалы юбилейной международной научно-практической конференции. 2020. С. 94–99.
20. Lucas, S.K., Sander, E., Taalman, L., Modeling Dynamical Systems for 3D Printing, Notices of the American Mathematical Society, 2020, vol. 67, no.11, 1692–1705.
21. https://habr.com/ru/post/480660/
22. Chen, G., Ueta, T., Yet another chaotic attractor, International Journal of Bifurcation and Chaos, 1999, vol. 9, no. 7, 1465–1466.
23. Possible New Strange Attractors With Spiral Structure A. Arneodo, P. Coullet, and C. Tresser.
24. Iftikhar Ahmed, Chunlai Mu, Fuchen Zhang, A New Chaotic Attractor with Quadratic Exponential Nonlinear Term from Chen’s Attractor, International Journal of Analysis and Applications, 2014, 5 (1), 27–32.
25. Podgorski, K., Rychlik, I., & Machado, U., Exact distributions for apparent waves in irregular seas, Ocean Engineering, 2000, 27. 979-1016, 10.1016/S0029-8018(99)00030-X.
26. Leonov, G.A., Kuznetsov, N.V., On differences and similarities in the analysis of Lorenz, Chen, and Lu systems, Applied Mathematics and Computation, 2015, vol. 256, pp. 334–343.
Рецензия
Для цитирования:
Амбросовская Е.Б., Шпекторов А.Г. Использование хаотических аттракторов для моделирования воздействия морского волнения на судно. Гироскопия и навигация. 2022;30(2):81-94. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0093
For citation:
Ambrosovskaya Е.Б., Shpektorov A.G. Using Chaotic Attractors to Simulate the Wave Effect on the Ship. Gyroscopy and Navigation. 2022;30(2):81-94. (In Russ.) https://doi.org/10.17285/0869-7035.0093
Просмотров:
6
Послать статью по эл. почте 