Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2011.06a
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pp.349-354
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2011
This paper addresses the trajectory tracking problem for ship berthing using sliding mode technique. With significant potential advantages: insensitivity to plant nonlinearities, parameter variations, remarkable stability and performance robustness with environmental disturbances, the multivariable sliding modes controller is proposed for solving trajectory tracking of ship in harbor area. In this study, the ship position and heading angle are simultaneously tracked to guarantees that the ship follows a given path (geometric task) with desired velocities (dynamic task). The stability of the proposed control law is proved based on Lyapunov theory. The proposed approach has been simulated on a computer model of a supply vessel with good results.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.235-249
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2018
The Artificial Neural Network (ANN) model has been known as one of the most effective theories for automatic ship berthing, as it has learning ability and mimics the actions of the human brain when performing the stages of ship berthing. However, existing ANN controllers can only bring a ship into a berth in a certain port, where the inputs of the ANN are the same as those of the teaching data. This means that those ANN controllers must be retrained when the ship arrives to a new port, which is time-consuming and costly. In this research, by using the head-up coordinate system, which includes the relative bearing and distance from the ship to the berth, a novel ANN controller is proposed to automatically control the ship into the berth in different ports without retraining the ANN structure. Numerical simulations were performed to verify the effectiveness of the proposed controller. First, teaching data were created in the original port to train the neural network; then, the controller was tested for automatic berthing in other ports, where the initial conditions of the inputs in the head-up coordinate system were similar to those of the teaching data in the original port. The results showed that the proposed controller has good performance for ship berthing in ports.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.359-362
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2006
This study develops an automatic berthing control algorithm for ships with a bow thruster and a stern thruster as well as a rudder. A nonlinear mathematical model for low speed maneuvering of ships is used to develop a MIMO(multi-input multi-output) nonlinear control algorithm. The algorithm consists of two parts, which are forward velocity control and heading angle control. The control algorithm is designed based on the longitudinal and yaw dynamic models of ships. The desired heading angle is obtained by the so called "Line of Sight" method. An optimal control force allocation method of the rudder and the thrusters is suggested. The nonlinear control algorithms are tested by numerical simulations using MATLAB, and shows good tracking performances.
his study discusses the design of an automatic berthing control algorithm for ships with a haw thruster and a stern thruster, as well as a rudder. A nonlinear mathematical model for the law speed maneuvering of ships was used to design a MIMO (multi-input multi-output) nonlinear control algorithm. The algorithm consists of two parts, the forward velocity control and heading angle control. The control algorithm was designed based on the longitudinal and yaw dynamic models of ships. The desired heading angle was obtained by the so-called "Line of Sight" method. An optimal control force allocation method forthe rudder and the thrusters is suggested. The nonlinear control algorithm was tested by numerical simulations using MATLAB, and showed good tracking performance.
In this paper, a motion identification method using neural networks is applied to automatic ship berthing to overcome disturbance effects. Motion identification is used to estimate the effect of environmental disturbance. Two rule-based algorithms have been developed to over-come disturbance. The first rule based-algorithm was designed to overcome lateral disturbance when a ship's lateral speed is affected by it. The second rule-based algorithm was also designed to overcome longitudinal disturbance when a ship's angular velocity is changed by it. Finally, numerical simulations for automatic berthing are carried out, and the suggested control system is proved to be more practical under disturbance circumstances.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.5
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pp.525-536
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2017
Course keeping is hard to implement under the condition of the propeller stopping or reversing at slow speed for berthing due to the ship's dynamic motion becoming highly nonlinear. To solve this problem, a practical Maneuvering Modeling Group (MMG) ship mathematic model with propeller reversing transverse forces and low speed correction is first discussed to be applied for the right-handed single-screw ship. Secondly, a novel PID-based nonlinear feedback algorithm driven by bipolar sigmoid function is proposed. The PID parameters are determined by a closed-loop gain shaping algorithm directly, while the closed-loop gain shaping theory was employed for effects analysis of this algorithm. Finally, simulation experiments were carried out on an LPG ship. It is shown that the energy consumption and the smoothness performance of the nonlinear feedback control are reduced by 4.2% and 14.6% with satisfactory control effects; the proposed algorithm has the advantages of robustness, energy saving and safety in berthing practice.
This paper deals with motion identification using artificial neural network (ANN) and its application to automatic ship berthing. As ship motions are expressed by multi-term non-linear model, it is very difficult to find optimal methods for automatic ship berthing especially under environmental disturbances. In this paper, metier identification was used to estimate the effect of environmental disturbances and then the differences between values of identification and state variables are used to estimate the effect of environmental disturbances. A rule based-algorithm using the difference is suggested to cope with the effect of the disturbances. The algorithm adjusts the value of input units of ANN, which control a ship to keep desired route ...
Kim, Chang-Woo;Lee, Dong-Hun;Park, Jung-Suk;Kim, Young-Bok
Journal of Navigation and Port Research
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v.44
no.6
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pp.494-500
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2020
Maneuvering vessels in the harbor is an interesting problem in marine cybernetics. The vessel, operated by the pilot and moving very slowly in shallow water, usually is assisted by thrusters, the main propulsion system, and tugboats. In this paper, we suggest a new vessel berthing technique using dampers (cylinder-type fenders) and a system of winches for complex and dangerous berthing situations. We found that control of the fender stroke and rope tension enabled a safe and quick berthing process. The effectiveness and usefulness of this berthing system was verified using a ship of about 2,000 tons.
접안을 위해 선박이 안벽으로 접근할 때나, 좁은 항내에서 선박을 조종할 때는 항해 중에서보다 많은 제약이 따른다. 그것은 대형 선박일수도 분 관성력으로 인해 효과적인 제어가 어렵기 때문이다. 그래서 터그보트를 수동적으로 제어하여 선박을 접안시키는 것이 현재로선 가장 일반적이 접안기술이라 할 수 있다. 지능적인 제어기술을 적용하여 자동접안을 시도하려는 연구결과가 보고되고 있으나, 대부분이 auto-pilot 기술에 지나지 않으며 어느 것 하나 안정적인 접안을 위한 접안기술로 볼 수 없다. 이와 같이 터그보트를 이용할 수밖에 없는 현실이라면, 보다 효과적인 터그보트 제어기술을 기반으로 한 접안지원시스템을 개발하는 것이 우선일 것이다. 그래서 본 논문에서는 터그보트의 원격제어를 통해 모선을 효과적이고 안정적으로 접안하는 문제에 대해 고찰하였다. 즉, 터그보트로 조종되는 선박조종시스템에 대한 모델링을 수행하고, 터그보트로부터 발생되는 제어력을 적절히 분배하여 모선을 제어하는 새로운 접안지원시스템을 개발하였다. 시뮬레이션을 통해 제안된 시스템의 유효성을 검증하였다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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