In this paper, an adaptive neural network controller and its application to automatic berthing control of ship is presented. The neural network controller is trained online using adaptive interaction technique without any teaching data and off-line training phase. Firstly, the neural networks used to control rudder and propeller during automatic berthing process are presented. Secondly, computer simulations of automatic ship berthing are carried out in Pusan bay to verify the proposed controller under the influence of wind disturbance and measurement noise. The results of simulation show good performance of the developed berthing control system.
Vu, Mai The;Choi, Hyeung-Sik;Oh, Ji-Youn;Jeong, Sang-Ki
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.2
no.4
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pp.192-201
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2016
This study examined a PD controller and its application to automatic berthing control of an unmanned surface vehicle (USV). First, a nonlinear mathematical model was established for the maneuvering of the USV in the presence of environmental forces. A PD control algorithm was then applied to control the rudder and propeller during an automatic berthing process. The algorithm consisted of two parts, namely the forward velocity control and heading angle control. The control algorithm was designed based on longitudinal and yaw dynamic models of the USV. The desired heading angle was obtained using the "line of sight" method. Finally, computer simulations of automatic USV berthing were performed to verify the proposed controller subjected to the influence of disturbance forces. The results of the simulation revealed a good performance of the developed berthing control system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.4
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pp.304-308
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2007
This paper deals with ANN(Artificial Neural Networks) and its application to automatic ship berthing. Due to the characteristic of ship's manoeuvre comparing with other moving objects on land, it has been known that the automatic control for ship's berthing cannot cope with various berthing situations such as various port shape and approaching directions. for these reasons. the study on automatic berthing using ANN usually have been carried out based on one port shape and predetermined approaching direction. In this paper, new algorithm with ANN controller was suggested to cope with these problems. Under newly suggested algorithm, the controller can select appropriate weights on the link of neural networks according to various situations. so the ship can maintain stable berthing operation even in different situations. Numerical simulations are carried out with this control system to find its improvement.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.3
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pp.199-210
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2012
The recent researches on the automatic berthing control problems have used various kinds of tools as a control method such as expert system, fuzzy logic controllers and artificial neural network (ANN). Among them, ANN has proved to be one of the most effective and attractive options. In a marine context, the berthing maneuver is a complicated procedure in which both human experience and intensive control operations are involved. Nowadays, in most cases of berthing operation, auxiliary devices are used to make the schedule safer and faster but none of above researches has taken into account. In this study, ANN is applied to design the controllers for automatic ship berthing using assistant devices such as bow thruster and tug. Using back-propagation algorithm, we trained ANN with set of teaching data to get a minimal error between output values and desired values of four control outputs including rudder, propeller revolution, bow thruster and tug. Then, computer simulations of automatic berthing were carried out to verify the effectiveness of the system. The results of the simulations showed good performance for the proposed berthing control system.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.347-360
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2014
The auto-berthing of a ship requires excellent control for safe accomplishment. Crabbing, which is the pure sway motion of a ship without surge velocity, can be used for this purpose. Crabbing is induced by a peculiar operation procedure known as the push-pull mode. When a ship is in the push-pull mode, an interacting force is induced by complex turbulent flow around the ship generated by the propellers and side thrusters. In this paper, three degrees of freedom equations of the motions of crabbing are derived. The equations are used to apply the adaptive backstepping control method to the auto-berthing controller of a cruise ship. The controller is capable of handling the system non-linearity and uncertainty of the berthing process. A control allocation algorithm for a ship equipped with two propellers and two side thrusters is also developed, the performance of which is validated by simulation of auto-berthing.
Studies on the ship's automatic navigation & berthing control have been continued by way of solving the ship's mathematical model, but the results of such studies have not reached to our satisfactory level due to its non-linear characteristics at low speed. In this paper, the authors propose a new berthing control system which can evaluate as closely as cap-tain's decision-making by using the FNN(Fuzzy Neural Network) controller which can simulate captain's knowledge. This berthing controller consists of the navigation subsystem FNN controller and the berthing subsystem FNN controller. The learning data are drawn from Ship Handling Simulator (NavSim NMS-90 MK Ⅲ) and represent the ship motion characteristics internally. According to learning procedure, both FNN controllers can tune membership functions and identify fuzzy control rules automatically. The verified results show the FNN controllers effective to incorporate captain's knowledge and experience of berthing.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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1994.04a
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pp.55-67
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1994
Studies on the ship's automatic navigation & berthing control have been continued by way of solving the ship's mathematical model but the results of such studies have not reached to our satisfactory level due to its non-linear characteristics ar low speed. In this paper the authors propose a new berthing control system which can evaluate as closely as captain's decision-making by using the FNN(Fuzzy Neural Network) controller which can simulate captain's decision-making by using the FNN(Fuzzy neural Network) controller which can simulate captain's knowledge. This berthing controller consists of the navigation subsystem FNN controller and the berthing subsystem FNN controller. The learning data are drawn from Ship Handling Simulator (NavSim NMS90 MK III) and represent the ship motion characteristics internally According to learning procedure both FNN controllers can tune membership functions and identify fuzzy control rules automatically The verified results show the FNN controllers effective to incorporate captain's knowledge and experience of berthing.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2006.06b
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pp.67-74
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2006
In this paper, an adaptive neural network controller and its application to automatic berthing control of ship is presented. The neural network controller is trained online using adaptive interaction technique without any teaching data and off-line training phase. Firstly, the neural networks used to control rudder and propeller during automatic berthing process are presented. Finally, computer simulations of automatic ship berthing are carried out to verify the proposed controller with and without the influence of wind disturbance and measurement noise.
Autonomous berthing is a crucial technology for autonomous ships, requiring optimal trajectory planning to prevent collisions and minimize time and control efforts. This paper presents a two-phase, two-point boundary value problem (TPBVP) strategy for creating an optimal berthing trajectory for a twin-propeller, twin-rudder ship with autonomous berthing capabilities. The process is divided into two phases: the approach and the terminal. Tunnel thruster use is limited during the approach but fully employed during the terminal phase. This strategy permits concurrent optimization of the total trajectory duration, individual phase trajectories, and phase transition time. The efficacy of the proposed method is validated through two simulations. The first explores a scenario with phase transition, and the second generates a trajectory relying solely on the approach phase. The results affirm our algorithm's effectiveness in deciding transition necessity, identifying optimal transition timing, and optimizing the trajectory accordingly. The proposed two-phase TPBVP approach holds significant implications for advancements in autonomous ship navigation, enhancing safety and efficiency in berthing operations.
Vessel maneuvering problem in the harbor area is generating considerable interests in terms of marine cybernetics. In this sense, the vessel is operated and moves at ultimately low or zero speed in shallow water area. So the vessel is usually aided by the cooperation with thrusters, main propulsion system, tugboats and pilots, etc. In this paper, we suggest a new vessel berthing technique using dampers and winches as a solution for excessively complicate and dangerous berthing work. In the proposed berthing method, in order to manipulate the actuators (winches and dampers), a simple and heuristic control strategy is applied for a basic experiment. Finally, experiments are conducted to verify the effectiveness of the proposed automatic vessel berthing strategy based on the heuristic control method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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