Analysis of Dynamic Positioning System Based on Self-Tuning Control

자기동조 제어기를 이용한 위치확보 시스템에 관한 연구

Dynamic ship positioning(DP) system is used to keep the position and heading of a ship, or a floating platform, above a pre-selected site on the seabed by using thrusters. This paper presents a control system based on filtering technique and optimal control theory. The planar motions of a vessel are assumed to consist of low frequency(LF) component and high frequency(HF) one. The former is mainly due to thrusters, current, wind and second order wave forces, while the latter is mainly due to first order oscillatory component of the wave force. Furthermore position measurement signals include the noise. By means of self-tuning filter and Kalman filter techniques, LF motion estimates and HF ones are seperately achieved from the position measurements of the vessel. The estimated LF motions are used as input to the feedback loops. The total thruster power is minimized using the Linear Quadratic Gaussian control theory. The performance of the vessel with the DP system is investigated by computer simulation.

자동위치 확보시스템은 선박이 불규칙 해상에서 작업을 수행할 때 선체의 위치 및 선수를 일정한 작업반경 내에서 유지할 수 있도록 추진기를 자동제어하는 방법이다. 위치확보시스템의 구성은 계측시스템, 제어기시스템, 추진기시스템 및 동력시스템으로 구성된다. 본 논문은 최적제어 기법과 필터링 기법을 이용한 제어기시스템 구성에 관하여 논하였고, 제어시스템 구성을 위한 상태방정식의 정립과정을 서술하였다. 선체의 평면운동은 저주파수 운동과 고주파수 운동의 성분으로 구성되었다고 가정하였다. 저주파수 운동은 추진기에 의한 외력, 조류력 및 2차차수 파랑강제력에 기인하며 고주파수 운동은 1차 차수 파랑강제력에 의해 유기된다. 해상에서 계측되는 신호에는 선체의 운동성분 이외에도 계측오차 성분이 포함된다. 자기동조필터 및 칼만필터를 이용하여 계측신호로부터 저주파수 운동성분과 고주파수 운동성분을 각각 독립적으로 추정하고, 추정된 저주파수 운동성분을 궤환하여 제어를 수행하였다. 제어기는 교란환경 속의 최적제어기인 LQG제어기를 이용하였다. 시뮬레이션을 수행하기 위하여 Wimpey Sealab의 데이타를 이용하였다.