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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-02102017-091901
Document
Auteur
Nom complet
Helio Mitio Morishita
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 1986
Directeur
Jury
Brinati, Hernani Luiz (Président)
Amaral, Vagner Caradori do
Castrucci, Plinio Benedicto de Lauro
Rios Neto, Atair
Szajnbok, Moyses
Titre en portugais
Estudo de controlador adaptativo para uma instalação propulsora marítima.
Mots-clés en portugais
Controle adaptativo
Propulsão
Resumé en portugais
Neste trabalho é pesquisada a aplicação de um controlador adaptativo auto-ajustável multivariável à instalação propulsora de um navio com motor Diesel e hélice de passo variável. Os sistemas convencionais de controle de propulsão marítima são projetados deterministicamente e, geralmente, baseados na condição nominal de operação da embarcação, definida pelo seu deslocamento de projeto, estado de mar e de casco. Entretanto, o navio raramente opera na sua condição nominal, já que o seu deslocamento não é sempre o mesmo e continuamente ocorrem variações no estado do casco e do mar. Adicionalmente deve-se mencionar o efeito de perturbações estocásticas como vento, ondas e corrente que atuam sobre o navio. Estas considerações sugerem que o controlador de uma instalação propulsora deva ser adaptativo, isto é , que os seus ganhos se ajustem às alterações que ocorrem no sistema ou no meio ambiente. A teoria do controlador adaptativo auto-ajustável empregada neste trabalho é desenvolvida para sistemas multivariáveis lineares estocásticos, descritos por uma equação vetorial de diferenças com coeficientes desconhecidos. A lei de controle é obtida a partir da minimização de um índice de desempenho onde são ponderados os vetores de saída, de referência e de controle. A aplicação do controlador auto-ajustável exige a estimação de parâmetros do modelo. Neste trabalho é utilizado o modo implícito, que estima diretamente os parâmetros do controlador, através do método dos mínimos quadrados recursivo. Para adequar a aplicação da teoria a um sistema não linear, que é o caso da instalação propulsora, é introduzido no algorítimo de estimação de parâmetros um fator de esquecimento variável para alterar a velocidade de convergência dos parâmetros.O desempenho do controlador auto-ajustável é verificado através de uma série de testes de simulação, envolvendo manobras de regulação e de traqueamento. Com estes testes é analisada também a influência da matriz do ruído, do tempo de processamento do controlador, da matriz de ponderação do vetor de controle, da condição inicial da matriz de parâmetros, do intervalo de amostragem e da condição de operação do sistema sobre o desempenho do controlador. Os resultados de cada manobra são comparados com os obtidos com um controlador convencional projetado especificamente para o navio considerado, constatando-se o bom desempenho do controlador auto-ajustável.
Titre en anglais
Study of adaptative controller for a marine power plant.
Mots-clés en anglais
Adaptative control
Marine propulsion plant
Resumé en anglais
This work is concerned with the application of multivariable self-tuning controllers to diesel engine propulsion plant with variable pitch propeller. Conventional control systems for marine propulsion plants are designed employing deterministic criteria based on the ship's operating condition, which is defined by the design displacement, sea state and hull roughness. However, only seldom if ever will the ship find itself operating in such nominal condition since her displacement is not always the same and the sea state and hull roughness vary continuously with time. In addition one should take into consideration the effect on the ship of stochastic factors such as winds, waves and sea currents. The preceding considerations suggest that the controller for a marine propulsion plant should be capable of adjusting itself to varying operating conditions. In other words, it should be capable of tuning its gains according to alterations occurring within the system or imposed by the environment. The theory of self-tuning controller employed in this work has been developed for stochastic multivariable linear systems describe by a linear vector difference equation with unknown parameters. The control law is obtained by the minimization of one performance index in which are weighted the output, reference and control vectors. The application of the self-tuning controller requires the estimation of the model parameters. In this work the implicit way is used wich directly estimates the parameters of the controller by means of the recursive minimum least-square algorithm. In order to apply the theory to non-linear systems such as propulsion plants, a variable forgetting factor is introduced in the estimation algorithm to change the convergence speed of the parameters. The performance of the self-tuning controller is assessed by means of several simulations tests involving regulating and tracking maneuvers.The tests also assess the influence on the controller performance of such factors as the noise matrix, controller process time, initial condition of parameters matrix, sampling time and operating condition of the system. The results of each maneuver are compared with those obtained by a conventional controller specifically designed for the ship under consideration and it was verified that the self-tuning controller has a good performance.
 
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Date de Publication
2017-10-05
 
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