Model based nonlinear control of naval systems

Abstract

Doğrusal olmayan hareket denklemlerine sahip deniz araçları için model tabanlı kontrolcüler doğrusal muadillerine göre daha etkilidir. Bu tezdeki amacımız, deniz vasıtalarının güdüm ve kontrol problemlerini çözmektir. Bu tezde, 3 farklı deniz vasıtası için üç farklı kontrolcü üzerine çalışma yapılmıştır. Öncelikle; sadece konum ölçümlerini kullanarak dinamik parametreleri bilinmeyen bir dinamik olarak konumlanan su üstü gemi sistemleri için izleme kontrol problemine bir çözüm sağladık. Su üstü gemisinin bilinmeyen dinamik parametrelerini tahmin etmek için, izleme hata sinyaline dayalı bir gradyan tabanlı güncelleme kuralı ile tahmin hatasına dayalı bir en küçük kareler güncelleme kuralının birleştirilmesiyle oluşturulan bir bileşik kontrol algoritması uygulandı. Tasarlanan kontrolcü ve güncelleme yasası, yarı küresel asimptotik konum izleme performansı sağladı. Uyarlanabilir parametre tahmincisine tahmin hatası tabanlı bir terimin dahil edilmesi nedeniyle, önerilen kontrolcü, tamamen gradyan tabanlı kontrolcülere kıyasla daha hızlı sonuç vermektedir. İkinci olarak; sadece konum ölçümleri ile hovercraftlar için bir kontrolcü tasarladık. Hovercraft'ın arkasında doğrusal ve açısal hız üreten iki itici bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında önerilen kontrol algoritmalarından, hovercraft konum bilgisi kullanılarak doğrusal ve açısal hızlar hesaplanmıştır. Hovercraftlar, tekerlekli hareketli robotlarla benzer yapılara sahip olmaları nedeniyle, benzer kontrol algoritmaları uygulanmıştır. Üçüncü olarak; Gemilerde yuvarlama etkisini azaltmak için kullanılan fin sistemleri üzerine literatür araştırması yapılmıştır.For naval vehicles having nonlinearities in their system equations, model based controllers are more effective compared to their linear counterparts. Our aim in this thesis is to solve guidance and control problems of naval vessels. Three different types controllers of three different naval vehicles are studied in this thesis. First; we have provided a solution to the tracking control problem for dynamic positioning surface vessel systems with uncertain dynamical parameters using only position measurements. A composite adaptation algorithm, formed by combining a gradient based update rule based on the tracking error signal and a least squares update rule based on estimation error, was applied to estimate the uncertain dynamical parameters of the surface vessel. The overall controller and the update law provided semi-global asymptotic position tracking performance. Due to the inclusion of a prediction error based term in its adaptive parameter estimator, the proposed controller scheme promises faster estimation compared to its fully gradient based counter parts. Second; we have provided a solution to the tracking control problem for hovercrafts with only position measurements. There are two thrusters located at the back of the hovercraft which generate linear and angular velocity. Linear and angular velocities are calculated by using hovercraft position information in these control algorithm. We applied the same control algorithms on hovercrafts that have the same structure as wheeled mobile robots. Third; a literature search was conducted on the fin systems used to reduce the roll effect in ships.