Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2022.11a
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pp.168-169
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2022
In this study, we investigates the auto-berthing problem for the underactuated surface vessel in the presence of constraints of dynamic uncertainties, finite time, transmission load, and environmental disturbance. A novel control scheme is proposed by fusing the finite time control technology and the event-triggered input algorithm. In the algorithm, differential homeomorphism coordinate the transformation is used to solve the problem of underactuation. Then, we apply the finite time technology and event triggered to save the time of the berthing vessel and relieve transmission burden between the controller and the vessel respectively. Moreover, a radial basis function network is used to approximate unknown nonlinear functions, and minimum learning parameters are introduced to lessen the computational complexity. A sufficient effort has been made to verify the stability of the closed-loop system based on the Lyapunov stability theory. Finally, simulation results display the effectiveness of the proposed scheme.
Crabbing motion is the pure sway motion of a ship without surge velocity. Thus, it can be applied to a berthing operation. Crabbing motion is induced by a peculiar operation method called the push-pull mode. The push-pull mode is induced by using a combination of the main propeller and side thruster. Two propellers generating the same amounts of thrust and rotating in opposite directions produce some yawing moment on a vessel but do not induce longitudinal motion. With the additional operation of side thrusters, the push-pull mode is used to induce a large amount of lateral force. In this paper, three-degree-of-freedom equations of motion such as for the surge, sway, and yaw are constructed for the crabbing motion. Based on these equations of motion, a feedback linearization control method is applied to auto-berthing control for a twin-screw ship with side thrusters. The controller can deal with the nonlinearity of a system, which is present in the berthing maneuver of a twin screw ship. A simulation of the auto-berthing of a ship is performed to validate the performance of the designed controller.
In this paper, Artificial Neural Network(ANN) is applied to automatic berthing control for a ship. ANN is suitable for a maneuvering such as ship's berthing, because it can describe non-linearity of the system. Multi-layer perceptron which has more than one hidden layer between input layer and output layer is applied to ANN. Using a back-propagation algorithm with teaching data, we trained ANN to get a minimal error between output value and desired one. For the automatic berthing control of a containership, we introduced low speed maneuvering mathematical models. The berthing control with the structure of 8 input layer units in ANN is compared to 6 input layer units. From the simulation results, the berthing conditions are satisfied, even though the berthing paths are different.
In this paper, we propose a distance measurement system for automatic berthing control using a stereo camera mounted on a rotation control device, and a radial pattern target. Automatically controlling the position and attitude of a ship aims to prevent maritime accidents due to human error. Our goal is to measure the relative distance between a ship and an onshore or offshore target for berthing. Therefore, the distance should be continuously measured while tracking a fixed point on a target. To this end, we developed a stereo camerabased distance measurement system that satisfied these requirements. This paper describes the structure and principle of the measurement system. We validate the distance error for target incline due to the relative position and attitude between a camera and a target in miniature scale. In addition, the findings of an experiment in an outdoor environment demonstrate that the proposed measurement system has accuracy within 1 m at a range of 20-100 m which is the acceptable accuracy for automatic berthing.
Along with the rapid growth of shipping and transportation , the size of a ship larger and larger. Low speed maneuverabililty of a full ship has been received a great deal of attention concerting about the navigation safety, especially in the harbour area of waterway. And, the iperation of the full ship in harbour area is one fo tehmost difficult technique. Usually highly experienced experts can make a suitable decision considering various propeller ,rudder actions and environmental conditions. The Artificial Neural Network is applied to the automatic berthing control of a ship. The teaching data are made by the berthing simulation of a ship on the computer. And, the layer neural network is used and the 'Error Back-Propagation Algorithm' is used to teach the neural network. Finally, it is shown that the berthing control is successfully done by the established neural network.
Everyday about 90% of cargos are delivered by ships, and thousands of vessels enter and depart the international container harbors such as Shanghai, Singapore, Hong Kong, Busan, Rotterdam, etc. Maneuvering at harbor is known as the most sophisticated and difficult procedure, because the effectiveness of actuators during low speed berthing is reduced. In this paper, a new berthing method is discussed. Tugboats are combined with damper systems to ensure safe berthing. A mathematical model describing the interaction between unactuated ship, tugboats and damper systems is presented. An optimal controller is designed to maneuver the ship without oscillation and overshoot. MCL (Marine Cybernetics Lab) model ship is used to evaluate the efficiency of the proposed approach through MatLab simulation.
Bui, Van Phuoc;Jeong, Jeong-Soon;Kim, Young-Bok;Kim, Dong-Wook
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.24
no.2
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pp.10-17
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2010
Conventionally, because it is difficult to control a ship in shallow water and because attempting to do so creates unwanted environmental effects, maneuvering ships in the harbor area for berthing is usually done with the assistance of tugboats. In this paper, we propose a new method for berthing ships automatically by using bow and stern thrusters. Specifically, a steering motion model of a ship is considered, and parameters in the equation are evaluated by the system identification technique. An optimal controller based on observations was designed from the linearization of the non-linear ship motion in the horizontal plane. It is used to reduce the uncertainty about the ship's dynamics and reduce measurement requirements. The performance of the controller was also analyzed for its robustness relative to avoiding disturbing the environment due to winds, currents, and wave-drift forces. Experiments were conducted to estimate the potential for identifying result and the design of the controller. Specifically, in this paper, the system modeling and tracking control approach are discussed based on a two-degree-of-freedom (2DOF) servo-system design.
Seong-Jin Ahn;Mooncheol Won;Sun Young Kim;Hansol Park
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.3
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pp.165-174
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2023
Unmanned Surface Vehicle (USV)'s berthing and unberthing is the most difficult maneuvering tasks and have the highest risk of accidents. In this paper, we designed a berthing/unberthing control algorithm given human joystick command for an USV equipped with a waterjet and a bow thruster. The berthing and unberthing maneuvers are performed remotely by a joystick operator at the Ground Control Center (GCC) where the status of USV and environmental situation can be monitored. We interpret the human joystick commands into USV's desired speed, yaw rate, and heading angle commands. next, we developed a control algorithm for the desired target values of MIMO actuators (engine speed, bucket step, nozzle angle, and bow thruster state) to follow the interpreted commands. The validity of the control algorithm is confirmed through simulations and sea trials at Gwang Am port.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.2
no.1
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pp.90-101
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1999
This paper is concerned with the design of automatic ship maneuvering system including automatic path tracking controller and automatic berthing controller. The optimal control technique is employed to design the automatic path tracking controller, which is based on the linearized equations of ship motion. The numerical example shows that the automatic path tracking controller is capable of tracking the line between way points which are determined by pilot a priori. The decentralized control technique is employed to design the automatic berthing controller. In addition to the automatic path tracking controller, the fuzzy logic controller is used to control the forward speed. The numerical example shows that the automatic berthing controller can be successfully implemented.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.5
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pp.431-437
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2006
In this paper vector code correlation(VCC) method and an algorithm to promote the image-processing performance in building an effective measurement system using cameras are described far automatically berthing and controlling the ship equipped with side-thrusters. In order to realize automatic ship berthing, it is indispensable that the berthing assistant system on the ship should continuously trace a target in the berth to measure the distance to the target and the ship attitude, such that we can make the ship move to the specified location. The considered system is made up of 4 apparatuses compounded from a CCD camera, a camera direction controller, a popular PC with a built-in image processing board and a signal conversion unit connected to parallel port of the PC. The object of this paper is to reduce the image-processing time so that the berthing system is able to ensure the safety schedule against risks during approaching to the berth. It could be achieved by composing the vector code image to utilize the gradient of an approximated plane found with the brightness of pixels forming a certain region in an image and verifying the effectiveness on a commonly used PC. From experimental results, it is clear that the proposed method can be applied to the measurement system for automatic ship berthing and has the image-processing time of fourfold as compared with the typical template matching method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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