Marine Engineering

fa بهبود عملکرد سیستم تثبیت موقعیت پویا (DP) با استفاده از سیستم کنترل دومرحله‌ای Improving Dynamic Positioning (DP) System Performance Using a Two-Stage Control System هیدرودینامیک عددی CFD مقاله پژوهشي Research Paper <div style="text-align: justify;"> <table align="right" class="MsoTableGrid" dir="rtl" style="width:680px; border-collapse:collapse; border:none" width="680"> <tbody> <tr> <td style="border-bottom: 1px solid black; width: 463px; padding: 6px 0cm; border-top: 1px solid black; border-right: none; border-left: none;" valign="top">سیستم‌های تثبیت موقعیت پویا (DP) به‌واسطه دینامیک غیرخطی شناور و اغتشاشات محیطی (مانند باد، جریان، و موج) با چالش‌های کنترلی مواجه‌اند. این مسائل، در کنار فعالیت پیوسته و حالت آماده‌باش تراسترها، موجب افزایش چشمگیر مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی در سیستم‌های متعارف می‌شوند.  این مقاله، بهبود عملکرد DP شناورها را با معرفی یک الگوریتم کنترلی سلسله‌مراتبی و پایدار، که به‌طور هم‌زمان پایداری دینامیکی و دقت موقعیت‌یابی را تضمین می‌کند، هدف قرار داده است. در این ساختار، فاز نخست (Path Following)، در فواصل زیاد از هدف (بیش از ۵ متر)، با استفاده از کنترلر PD برای هدایت سریع و بهینه‌سازی مصرف انرژی عمل می‌کند. پس از نزدیک شدن شناور به موقعیت هدف، فاز دوم (Dynamic Positioning) با کنترلر PID برای تثبیت دقیق موقعیت و جهت فعال می‌شود. نتایج شبیه‌سازی سه‌درجه‌آزادی بر روی شناور مدل KVLCC2، عملکرد پایدار و مقاوم سیستم پیشنهادی را در چهار سناریوی مختلف، با حداکثر خطای تثبیت موقعیت 19 سانتی‌متر (10% طول شناور) نشان می‌دهد. در سناریوهای فاقد اغتشاش محیطی، گذار نرم و همگرایی سریع از (۰,۰) به (۲۰,۲۰) متر مشاهده شد. همچنین در حضور اغتشاشات محیطی شدید، عملکرد تثبیت موقعیت سیستم پیشنهادی بر اساس معیار RMSE (ریشه میانگین مربعات خطا)، با ثبت مقدار 0.27 متر، بهبود میانگین 30% را نسبت به یک کنترلر PID نشان داده است. افزون بر این، فعال‌سازی سیستم DP دقیق در مرحله دوم، موجب کاهش مؤثر مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی شده است.</td> </tr> </tbody> </table> </div> <div style="text-align: justify;"> <table class="MsoTableGrid" style="width:680px; border-collapse:collapse; border:none" width="680"> <tbody> <tr> <td style="border-bottom:1px solid black; width:463px; padding:6px 0mm 6px 0mm; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none" valign="top">Dynamic Positioning (DP) systems face control challenges due to the vessel's nonlinear dynamics and environmental disturbances (such as wind, current, and waves). These issues, coupled with the continuous operation and ready-state of thrusters, lead to a significant increase in energy consumption and operational costs in conventional systems. This paper aims to improve the performance of vessel DP systems by introducing a hierarchical and stable control algorithm that simultaneously ensures dynamic stability and positioning accuracy. In this architecture, the first phase (Path Following) operates at large distances from the target (exceeding 5 meters), utilizing a PD controller for rapid guidance and optimization of energy usage. Upon the vessel's approach to the target position, the second phase (Dynamic Positioning) is activated with a PID controller for precise position and heading stabilization. Three-degree-of-freedom (3-DOF) simulation results on the KVLCC2 model vessel demonstrate the proposed system's stable and robust performance across four different scenarios, achieving a maximum steady-state positioning error of 19 cm (10% of the vessel length). In scenarios without environmental disturbances, a smooth transient response and rapid convergence from (0, 0) to (20, 20) meters were observed. Furthermore, in the presence of severe environmental disturbances, the positioning performance of the proposed system, based on the RMSE (Root Mean Square Error) criterion, registered a value of 0.27 meters, showing an average improvement of 30% compared to a conventional PID controller. Additionally, the selective activation of the precise DP system in the second stage effectively contributes to reduced energy consumption and operational costs.</td> </tr> </tbody> </table> </div> شناور هوشمند,موقعیت یابی پویا,مسیر یابی,PID Autonomous Vessel,Dynamic Positioning,Path Following,PID 108 123 http://marine-eng.ir/browse.php?a_code=A-10-1971-2&slc_lang=fa&sid=1 Javad Khodabandeh-lou-far جواد خدابنده لوفر javad.khodabandehlou-far@mech.sharif.edu 10031947532846006353 10031947532846006353 Yes student دانشگاه صنعتی شریف Amirhossein Najari امیرحسین نجاری amir.najari78@sharif.edu 10031947532846006354 10031947532846006354 No student دانشگاه صنعتی شریف siavash soleymani سیاوش سلیمانی siavashsoleymani151@gmail.com 10031947532846006355 10031947532846006355 No student دانشگاه صنعتی شریف Mohammad Saeed Seif محمد سعید سیف seif@sharif.edu 10031947532846006356 10031947532846006356 No Faculty member عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف