Το σύστημα δυναμικής τοποθέτησης πλοίων και η ασαφής λογική ως μέθοδος ελέγχου

Πήλιος, Αλέξανδρος

Dynamic positioning, a fuzzy logic approach

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Πήλιος, Αλέξανδρος

Date

2022-03-28

Advisor

ZACHARIA, PARASKEVI

Pilios_8066244.pdf.pdf (3.160Mb)

Keywords

Dynamic positioning ; Neural networks ; PID controller ; Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System ; ANFIS ; Δυναμική τοποθέτηση ; Αναλογικός–Ολοκληρωτικός-Διαφορικός έλεγχος ; Προσαρμοστικά νευρο-ασαφή συστήματα ; Νευρωνικά δίκτυα ; Ασαφής λογική

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι αφενός η συνοπτική περιγραφή των βασικών μερών και αρχών λειτουργίας της τεχνολογίας Δυναμικής Τοποθέτησης (dynamic positioning - DP), και αφετέρου η εφαρμογή της ασαφούς λογικής ως τρόπου επίλυσης του συγκεκριμένου προβλήματος ελέγχου. H δυναμική τοποθέτηση είναι ένα σύστημα ελέγχου της θέσης και της διεύθυνσης του πλοίου με την χρήση των κύριων και βοηθητικών προωθητών του. Για τον αλγόριθμο ελέγχου αυτής της διεργασίας, οι επικρατέστερες τεχνικές που χρησιμοποιούνται από τους κατασκευαστές συστημάτων DP, είναι ο έλεγχος βάσει μαθηματικού μοντέλου πρόγνωσης (MPC) και ο αναλογικός – ολοκληρωτικός - διαφορικός (PID) έλεγχος. Η εύρεση των κατάλληλων ρυθμίσεων ενός PID ελεγκτή είναι μια δύσκολη διαδικασία, η οποία βασίζεται κυρίως σε εμπειρικούς κανόνες, όπως ο κανόνας Ziegler-Nichols. Ωστοσο, τα συμπεράσματα που εξάγονται στη συνέχεια, δείχνουν πως οι κατάλληλες ρυθμίσεις για τον PID, μπορούν εύκολα να υπολογιστούν αυτόματα και να επαναπροσαρμόζονται με την χρήση του προσαρμοστικού νευρο- ασαφούς συστήματος συμπερασμού ANFIS. Η εργασία, αποτελείται συνολικά από 4 κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την Εισαγωγή όπου γίνεται μία σύντομη παρουσίαση των βασικών μερών της εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, ξεδιπλώνεται το Θεωρητικό Υπόβαθρο στο οποίο αναλύονται διεξοδικά το Σύστημα Δυναμικής Τοποθέτησης και η Ασαφής Λογική. Στο τρίτο κεφάλαιο παρατίθεται η σχετική Μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του νευρώνα ANFIS, ενώ στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο εξάγονται τα τελικά συμπεράσματα αυτής της προσπάθειας. Τέλος, ακολουθούν η σχετική Βιβλιογραφία και τα Παραρτήματα ως βοηθητικό υλικό.

Abstract

The scope of this master's thesis is to present the basic principles of the dynamic positioning technology for ships (DP) and to propose a neuro-fuzzy logic approach for it's control algorithm. Dynamic Positioning (DP) is a vessel capability provided via an integration of a variety of individual systems and functions. A computer control system automatically maintains a vessel's position and heading by using her own propellers and thrusters. The most common algorithm methods used by DP manufacturers today is model predictive control (MPC) and proportional-integral-derivative (PID) control. Finding the right gain parameters of a PID controller can become a hard task and it is often based on trial and error techniques like the Ziegler-Nichols method. For this case study, an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) will be used to automatically tune a PID controller of a Dynamic Positioning System of a vessel. This work consists of 4 parts. The first part is the Introduction which is a short brief of what follows next. In the second part lies the Theoretical Background which covers dynamic positioning and fuzzy-logic aspects. The third part is the Methodology for creating the ANFIS neural network. The fourth and last part is the conclusion and discussion over possible future applications.