Journal of Navigation and Port Research (한국항해항만학회지)

Korean Institute of Navigation and Port Research (한국항해항만학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Development of Control Algorithm for Ship Berthing and Unberthing Systems Using a Joystick

조이스틱을 이용한 선박의 입출항 및 접이안 시스템의 제어 알고리즘 개발

  • Hong, Seong-Kuk (Dept. of Mechtronics of BK 21 Mechatronics Group, Chungnam National University) ;
  • Jung, Yun-Ha (Dept. of Mechtronics of BK 21 Mechatronics Group, Chungnam National University) ;
  • Kim, Sun-Young (Maritime and Ocean Engineering Research Institute/KORDI) ;
  • Won, Moon-Cheol (Dept. of Mechtronics of BK 21 Mechatronics Group, Chungnam National University)
  • 홍성국 (충남대학교 BK2l 메카트로닉스 고급인력양성 산학공동사업단) ;
  • 정윤하 (충남대학교 BK2l 메카트로닉스 고급인력양성 산학공동사업단) ;
  • 김선영 (한국해양연구원 해상교통안전연구사업단) ;
  • 원문철 (충남대학교 BK2l 메카트로닉스 고급인력양성 산학공동사업단)
  • Published : 2007.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This study develops a control algorithm on berthing/unberthing system using a joystick for ships with thrusters and a rudder. A nonlinear mathematical model for low speed maneuvering of typical container ships is used to develop a MIMO(multi-input multi-output) nonlinear control algorithm for velocity feedback joystick control. Also a virtual HILS(hardware in the loop simulation) software program for berthing/unberthing is developed to test the performance of the nonlinear and a PID control algorithm. The program is developed using LabWindow/CVI, and a user can see current position and desired trajectory of ship in a monitor, then he can control forward and yaw velocities of a ship using a joystick. The simulation results show that the nonlinear mfd the PID controller have superior performance over a simple open loop joystick control algorithm.

본 연구에서는 조이스틱을 이용하여 프로펠러와 타, 선수/선미 쓰러스터를 갖는 선박의 접이안을 위한 제어 알고리즘을 개발하였다. 조이스틱으로부터 전진 방향 및 회전 방향의 속도명령을 받아 전진 방향 및 회전 방향의 속도를 제어하는 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 비선형 제어 알고리즘을 개발하기 위해 저속 조종수학모형을 사용하였다. 또한, 본 연구에서는 비선형 및 PID 제어기의 성능을 검증하기 위해 선박 접이안 가상 HILS(Hardware in the Loop Simulation) 프로그램을 구현하였다. HILS 프로그램은 LabWindow/CVI를 이용하여 개발하였으며, 사용자는 선박의 현재 위치와 원하는 궤적을 모니터를 통해 본 후 조이스틱을 이용하여 선박의 전진 방향 및 회전방향 속도를 제어함으로서 선박을 조종한다. 시뮬레이션 결과를 보면 비선형 제어기와 PID 제어기는 개루프 조이스틱 제어기보다 타와 쓰러스터의 입력 크기뿐 아니라 선박의 위치오차 면에서도 우수한 성능을 보였다.

Keywords

References

  1. IMO 선박 조종성 기준 검토 위원회(2002) "IMO 조종성 기준 개정을 위한 연구", 대한 조선학회. pp.110-226.
  2. 원문철(2005) "선박 자동 접이안용 MIMO 제어기 설계 및 검증 연구 결과 보고서"
  3. 윤현규, 김선영(2005), "저속시 선체에 작용하는 유체력 수학모형 정립을 위한 모형심험 방안 연구", 대한조선학회 논문집 제 42권 제 2호, pp.98-104. https://doi.org/10.3744/SNAK.2005.42.2.098
  4. Fossen, T.(1994), "Guidance and Control of Ocean Vehicles." pp. 307-321.
  5. Fossen, T.(2002), "Marine control Systems", Marine Cybernetics
  6. HarbourMarine(2006), SmartDock ${\circledR}$ Docking & Piloting Systems http://www.harbourmarine.com/
  7. Hasegawa, K., Kitera, K.(1993), "Automaic Berthing Control System Using Network and Knowledge-base.", Journal of Kansai Society of Naval Architecture of Japan, pp.144-153.
  8. Im, N., Hasegawa, K. (2002) "Motion Identification using Neural Networks and Its Application to Automatic Ship", Journal of Ship and Ocean Technology, pp.16-26.
  9. MARIMATECH(2006), Portable Piloting System, http://www.marimatech.com/
  10. Slotine, J. J. and Li, W.(1991), "Applied Nonlinear Control", Prentice Hall.
  11. Yamato, H., Koyama, T.(1992), "Automatic berthing using the expert system", control application in marine systems, pp. 173-184.

Cited by

  1. A Study on HILS for Performance Analysis of Airborne EOTS for Aircraft vol.18, pp.12, 2013, https://doi.org/10.9708/jksci.2013.18.12.055
  2. Research on the Implementation of Infrared Threat Surrogate for DIRCM Performance Analysis vol.20, pp.3, 2015, https://doi.org/10.9708/jksci.2015.20.3.097