Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2023.11a
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pp.100-102
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2023
항로추종성능은 자율운항선박(MASS)의 중요한 자율제어기능 중 하나이다. 이는 선박의 안전성을 보장하기 위해 중요하며, 자율운항선박의 설계 단계에서 사전 평가가 필수적이다. 본 연구는 자율운항선박의 항로추종성능 평가를 위한 전산유체역학(CFD) 모델과 LOS 알고리즘 연계 방안을 제안한다. 먼저, 자율운항선박의 정수 중 거리 이탈 편차를 이용한 항로 추종 성능 평가 모델 개발에 관하여 기술했다. 먼저, 항로 추종을 수행하는 선박 주변의 난류 흐름은 비압축성 뉴턴 유체의 가정하에 비정상 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 법을 이용하여 수치적으로 계산되었다. 중첩격자계법을 CFD 모델에 적용함으로써 거리 이탈 편차를 이용하는 LOS(Line-of-Sight) 가이던스 알고리즘에 의한 타의 회전 및 이에 따른 선체의 6 자유도 움직임을 CFD 환경에서 구현하였다. 개발된 자유 항주 선박 CFD 모델을 이용하여 항로 추종 시뮬레이션 평가 결과, 설정된 항로에서 선박의 정수 중 항로 추종 제어는 파도, 조류, 및 바람과 같은 외부 교란의 부재로 LOS 알고리즘에 의한 우현/좌현 측 변침뿐만 아니라 직진 경로의 추종도 성공적으로 수행됨을 확인하였다. 선체, 프로펠러, 타의 복잡한 상호작용을 정도 높게 해석할 수 있는 자유 항주 선박 CFD 모델과 LOS 알고리즘의 결합은 자율운항선박의 항로 추종 성능 평가를 정량적으로 평가하는 데 기여할 것으로 기대된다.
Recently, the demand for autonomous navigation technology has increased, and related research is also increasing. Autonomous ships generally follow the planned route, calculate the avoidance route according to the risk situation while sailing, and follow a calculated route. In general, an automatic steering device is used to follow the route, and among the operational automatic steering device methods, the route control mode is the most appropriate method to apply to autonomous ships. Therefore, in this study, we developed a route-tracking algorithm to apply an avoidance route using the navigation control mode of an automatic steering device. The algorithm was developed by dividing the straight and turning sections. A performance test was conducted to satisfy the performance suggested by IEC 62065, the relevant international standard, using simulator equipment that had acquired international certification to verify its performance. The results of the performance verification confirmed that the cross-track error, which represents the straight distance between the ship and the route, satisfied the performance standards suggested by IEC 62065 when the ship followed the route.
A series of studies on the development of autonomous surface ships have been promoted in domestic and foreign countries. One of the main technologies for the development of autonomous ships is path-following control, which is closely related to securing the safety of ships at sea. In this regard, the path-following performance of an autonomous ship should be first evaluated at the design stage. The main aim of this study was to develop a visual and quantitative evaluation method for the path-following control performance of an autonomous ship at the design stage. This evaluation technique was developed using a computational fluid dynamics (CFD)-based path-following control model together with a line-of-sight (LOS) guidance algorithm. CFD software was utilized to visualize waves around the ship, performing path-following control for visual evaluation. In addition, a quantitative evaluation was carried out using the difference between the desired and estimated yaw angles, as well as the distance difference between the planned and estimated trajectories. The results demonstrated that the ship experienced large deviations from the planned path near the waypoints while changing its course. It was also found that the fluid phenomena around the ship could be easily identified by visualizing the flow generated by the ship. It is expected that the evaluation method proposed in this study will contribute to the visual and quantitative evaluation of the path-following performance of autonomous ships at the design stage.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.6
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pp.920-927
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1998
This paper presents a synthetic control algorithm that generates the rudder command angle to track the optimal route which is composed of straight-lines among way-points with keeping a required error limit. The control algorithm comprises three main lgorithms that is a course-keeping algorithm that eliminates the yaw angle difference between optimal route and current route a track-keeping algorithm that tracks the optimal route among way-points and a turning-control algorithm that includes the generation of optimal turning routes and control method. The effectiveness of the proposed control algorithm is assured through computer simulation.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.1
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pp.124-131
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2005
This paper suggests LOS(Line-Of-Sight) guidance system of a surface vessel in straight-line navigation under ocean currents An LOS vector from the vessel to a point on the path between two way-points is decided and a heading angle is calculated to converge to follow the desired path based on the LOS vector This guidance system is called LOS guidance system. The suggested LOS guidance law has parameters to be properly chosen according to navigational environment. Parameters of LOS guidance system are optimized to reduce propulsive energy and/or position error between desired Position and present position of a ship using genetic algorithm which is a strong optimization algorithm with adaptational random search The effectiveness of the suggested LOS guidance system is assured through computer simulations.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.3
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pp.264-273
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2010
In this work, autonomous formation flight tests of multiple UAVs are experimentally studied. After a guidance and control system for a UAV is designed and tested, PID formation controller for follower UAV is tested using longitudinal and lateral distance feedback. It is shown that more stable and efficient formation guidance system is obtained by using position and attitude of the leader aircraft, which is exploited to calculate virtual waypoint for follower. In order to improve transient response during turn, part of roll command of the leader is added to the guidance command. Finally, autonomous formation flight test results of 3 UAVs are shown by using the best guidance algorithm suggested.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.5
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pp.557-565
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2021
Path-following control is considered as one of the most fundamental skills to realize autonomous navigation of marine vessels in the ocean. This study addresses with the path-following control for a ship in which there are environmental disturbances in the directions of the surge, sway, and yaw motions. The guiding principle and back-stepping method was utilized to solve the ship's tracking problem on the reference path generated by a virtual ship. For path-following control, error dynamics is one of the most important skills, and it extends to the research fields of automatic collision avoidance and automatic berthing control. The algorithms for the guiding principles and error variables have been verified by numerical simulation. As a result, most error variables converged to zero values with the controller except for the yaw angle error. One of the most interesting results is that the tracking errors of path-following control between two ships are smaller than the existing safe passing distances considering interaction forces from near passing ships. Moreover, a trade-off between tracking performance and the ship's safety should be considered for determining the proper control parameters to prevent the destructive failure of actuators such as propellers, fins, and rudders during the path-following of marine vessels.
Technology development related to maritime autonomous surface ships (MASS) is actively progressing around the world. However, since there are still many technically unresolved problems such as communication, cybersecurity, and emergency response capabilities, it is expected that it will take a lot of time for MASS to be commercialized. In this study, we proposed a ship group navigation system in which one leader ship and several follower ship are grouped into one group. In this system, when the leader ship begins to navigate, the follower ship autonomously follows the path of the leader ship. For path following, PD (proportional-derivative) control is applied. In addition, each ship navigates in a straight line shape while maintaining a safe distance to prevent collisions. Speed control was implemented to maintain a safe distance between ships. Simulations were performed to verify the ship group navigation system. The ship used in the simulation is the L-7 model of KVLCC2, which has related data disclosed. And the MMG (Maneuvering Modeling Group) standard method proposed by the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineering (JASNAOE) was used as a model of ship maneuvering motion. As a result of the simulation, the leader ship navigated along a predetermined route, and the follower ship navigated along the leader ship's path. During the simulation, it was found that the three ships maintained a straight line shape and a safe distance between them. The ship group navigation system is expected to be used as a navigation system to solve the problems of MASS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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