УПРАВЛЕНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ

Прогнозирование рисковых ситуаций крена катамарана в штормовых условиях

И. Ю. Липко

Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия

Аннотация: Рассматривается проблема неопределенности поведения катамарана во время шторма. Основная опасность неопределенности состоит в величине крена, на который отклонится катамаран, т. к. это может привести к нежелательным последствиям с грузом или корпусом судна. Изучение этой неопределенности рассматривается с двух позиций: исследование управляющих воздействий при реализации наихудших вариантов волнения на этапе выбора системы управления и онлайн-прогнозирование пороговых величин крена. Применяется комплексная модель катамарана и внешних возмущений. Внешние возмущения получаются с помощью формирующего фильтра и линейной аппроксимации спектра Пирсона – Московица, сил и моментов. Исследование качества управления осуществляется путем расчета наиболее вероятных траекторий к заданным пороговым состояниям и последующего их сопоставления друг с другом. Этот расчет выполняется путем решения оптимизационной задачи типа Лагранжа – Понтрягина с функционалом действия в качестве критерия и комплексной модели катамарана и внешних возмущений в качестве уравнения связи. С применением методов теории больших уклонений получены оценки вероятностей движения к пороговым значениям вдоль наиболее вероятных траекторий. Использование этих оценок и сопоставление их с текущим состоянием катамарана позволило реализовать прогноз рисковых ситуаций. Приводятся примеры траекторий, приводящих к пороговым состояниям, для нескольких случаев ветра и курсовых углов судна, полученных при разных контурах управления. При этом видно, что в зависимости от управления возникают колебания, на которые необходимо обращать внимание при проектировании управления. Приводится пример оценки вероятности движения к пороговому состоянию во время качки катамарана. Применение профилей пороговых состояний позволяет не только получить полезную информацию при проектировании систем управления, но и улучшить безопасность мореходства.

Ключевые слова: катамаран, качка, внешние возмущения, прогноз рисковых ситуаций, профиль пороговых состояний, теория больших уклонений.

УДК: 517.926

Поступила в редакцию: 24.02.2024
Принята в печать: 10.04.2024

DOI: 10.24143/2072-9502-2024-2-47-56