Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

1 Marin Kybernetikk THRUSTER SETPOINTS REAL WORLD SIGNAL PROCESSING VESSEL OBSERVER THRUST ALLOCATION CONTROLLER COMMAND THRUSTER FORCES VESSEL MOTIONS.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "1 Marin Kybernetikk THRUSTER SETPOINTS REAL WORLD SIGNAL PROCESSING VESSEL OBSERVER THRUST ALLOCATION CONTROLLER COMMAND THRUSTER FORCES VESSEL MOTIONS."— Utskrift av presentasjonen:

1 1 Marin Kybernetikk THRUSTER SETPOINTS REAL WORLD SIGNAL PROCESSING VESSEL OBSERVER THRUST ALLOCATION CONTROLLER COMMAND THRUSTER FORCES VESSEL MOTIONS VESSEL SETPOINTS MEASUREMENTS SATELLITE Tverrfaglig master program etablert i 1999: •Institutt for marin teknikk •Institutt for teknisk kybernetikk Vitenskapelig stab: •Professor Asgeir J. Sørensen •Professor Roger Skjetne

2 2 •Ordet ”kybernetikk” har sin opprinnelse i det greske ordet ”kybernetes”, som betyr ”styrmann/rormann”, dvs. ”den som styrer”. •I ulike fysikkfag så lærer man å matematisk modellere dynamiske system. Kybernetikk er å manipulere dynamiske system for å få dem til å oppføre seg slik DU ønsker. •Eksempler inkluderer alt fra termostatregulering av varmeovner (enkelt) til banestyring av fly (vanskelig) •En av de første reguleringstekniske anvendelsene i moderne tid var autopiloter for skip (”Metal Mike” i 1911), som ble mulig etter at gyroskopet var oppfunnet (gav en pålitelig måling av skipsretningen) Kybernetikk Regulator System Ønsket oppførsel Faktisk oppførsel Pådrag

3 3 Profil for marin kybernetikk Marin teknologi Reguleringsteknikk IKT Teknisk kybernetikk Marin teknikk IKT

4 4 De tre store marine næringene i Norge….: Maritim Offshore olje og gass Fiskeri og Havbruk Disse bidrar til mer enn 70% av Norges eksportinntekter

5 5 … og nye marine områder og vekstnæringer Fornybar energi Marine mineraler Marin vitenskap

6 6 •Matematisk modellering av fysiske systemer •Databasert simulering •Design og analyse av reguleringssystemer •Navigasjon og fartøystyring •Instrumentering og sensor- teknologi •Datateknikk og sanntidssystemer Metodikk og disipliner

7 7 Databasert simulering Simulator Matematiske modeller av skip og utstyr blir implementert og analysert for ulike værsituasjoner, operasjonelle krav og feiltilstander

8 8 Posisjoneringssystemer: •Autopiloter •Dynamiske posisjonerings- systemer •Thrusterassisterte forankrings- systemer Hovedfunksjon: Holde fartøyet, som er utsatt for –bølger –vind –strøm, på spesifisert posisjon og kurs ved hjelp av propeller og ror Navigasjon og fartøystyring

9 9 Maritime elektriske anlegg Diesel-elektriske systemer: –Elektrisk kraftproduksjon og distribusjon. –Elektriske omformere og roterende maskineri –Elektrisk propulsjon Marin automatisering: –Maskinerisystemer –Ballastsystemer –Lossesystemer –Kompressorstyring –Energifordeling (PMS) –Diagnostikk og tilstands- overvåking

10 10 Miljørobust kraftproduksjon: Power and energy management •Optimal produksjon av elektrisk kraft ombord i skip og fartøy. •Hybride kraftanlegg: o Diesel og LNG generatorer o Brenselceller, solceller, bølgekonvertere. o Energilagring vha. batteribanker, svinghjul, osv.

11 11 •Thrust- og effekt- allokering (distribuering) •Pitch-/turtall-/moment-/ effektregulering •Antispin thruster- regulering •Kombinert ror- og propellregulering Propulsjon og thrusterstyring POWER PITCH or RPM CONTROL VARIABLE TORQUE CONSTANT TORQUE TORQUE CONTROL POWER

12 12 Marine operasjoner •Inspeksjon, installasjon og intervensjon •Kranoperasjoner •Undervannsroboter

13 13 Arktiske DP operasjoner •DP system med kompensasjon av iskrefter. •Ice Management. •Ubemannede farkoster. •Sikre DP operasjoner i arktis: •Olje- og gassutvinning •Miljø- og overvåknings- operasjoner i nordområdene. Ice

14 14 –Regulering av stigerør i forbindelse med DP-operasjoner –Posisjonering av neddykket last –Regulering av trålsystemer –Regulering av form til havbruksanlegg –Regulering av seismiske kabler –Rørlegging Regulering av fleksible konstruksjoner

15 15 Regulering av sammenkoblede konstruksjoner –Regulering av storskala sammenkoblede havbruks- anlegg –Havbruk i værutsatte områder –Mobile anlegg –Bølgedemping –Konfigurasjonsstyring Reguleringsfilosofi lik romstrukturer

16 16 Ubemannede fartøyer •Bevegelsesstyring av ubemannede fartøyer: •Overflatefartøyer •Undervannsfartøyer •Kan operere i store nettverk for innhenting av informasjon i sann tid over et stort område (eksempel: overvåking av Barentshavet)

17 17 Miljøvennlig kraftproduksjon •Vindkraftverk til havs •Bølgekraftverk •Tidevannskraftverk

18 18 Theory – Simulation – Experiments – Operations Bridging the gap from theory to practice Hydrodynamics Control and instrumentation Run time infrastructure Towing Tank Experimental techniques & prototyping Mechanics Machinery systems Databases, analysis Visualisation Cavitation Tunnel Ocean Basin Structural Laboratory Simulator Environment Full-scale and prototype applications RV GunnerusAUR-LabUnmanned Vehicles Lab Marine Cybernetics Laboratory Power systems Marine Technology Petroleum Automatic Control Navigation

19 19 Hydrodynamic Laboratories Ocean basin Research vessel ”Gunnerus” Marine Cybernetics Laboratory Towing tank Other specialized experimental facilities (e.g. for sloshing tests)

20 20 NTNU Research Vessel Gunnerus NTNU's research vessel, R/V Gunnerus, was put into operation in spring The ship is fitted with a dynamic positioning system and a HiPap 500 unit, optimal for ROV operations and the positioning of any deployed equipment. The vessel is arranged with wet lab, dry lab and a computer lab in addition to a large aft deck. Accommodation comprise three double berth scientific personnel cabins and three single berth crew cabins. The large mess hall functions as a lecture room for 25 people. ROV MINERVA

21 21 NTNU strengthen ocean space research and education by integrating technology and science Applied Underwater Robotics Laboratory (AUR-Lab) officially opened 23 August 2011 by Mr. Trond Giske, Minister of Trade and Industry

22 22 Scientific focus areas : •Development of technology for guidance, navigation and control of underwater vehicles (ROVs and AUVs) •Underwater acoustic communication •Environmental monitoring and mapping at sea surface, water column, and sea bed •Operations under ice in the arctic •Study of any object of interest (bio-geo- chemical objects) •Evaluation of seabed properties and habitat •Complex deepwater underwater operations including inspection and intervention •Deep water archeology Applied Underwater Robotics Laboratory AUR-Lab RV Gunnerus Photo: NTNU AUR-Lab

23 23 ROV Minerva •Observation class –~400 kg –3CCD camera –3 ”regular” ROV-camera –5-function manipulator –1-functions manipulator –Scanning sonar –Altimeter –~600 meter cabel on winch (fiber) –HiPAP and DVL for positioning –Control container

24 24 AUV REMUS 100 •Marine Sonics 900 kHz Side Scan sonar •Teledyne RDI 1.2 MHz up/down DVL/ADCP •Wet Labs ECO Triplet puck •Aanderra Dissolved Oxygen Optode •Neil Brown CT sensor •LBL navigation system •Imagenex Delta T multibeam echosounder Navigation: Inertial Navigation GPS/HiPAP (tracking, aiding) Communications: Acoustic modem, Wi-Fi, Iridium REMUS support from Horten REMUS training in Horten

25 25 Dynamic Positioning System for ROV Minerva Goal: Make control system with user interface for dynamic positioning (DP) and tracking for use in real ROV missions. Process: A team of MSc students, PhD candidates and Post Docs has been working on this since 2010 with monthly cruises. The control system is tested on a simulation model before deployment on ROV Minerva. The control system is deployed and tested on the ROV Minerva during monthly cruises with R/V Gunnerus in the development stages.

26 26 •Compact RIO (cRIO) from National Instruments is the controller platform •Measurement signals are fed to the cRIO via serial ports. •The control software is deployed on the cRIO but a host PC provides the user interface. DP Control Platform

27 27 ROV path following Demo cruise 16th February 2011

28 28 Integrated operations by RV Gunnerus, AUV and ROV December 2011, Frøya, Seabed and Kelp Mapping, AUR-Lab

29 29 Fagvalg Marin kybernetikk 6.sem Vår TKT4145 – Elementmetoden i ing. vitenskap TMR4160 – Datametoder for marin tekniske anvendelser TMR4182 – Marin dynamikk Valgbare emner: TMR4120 – Undervannsteknikk gr.l. TMR4220 – Skipshydrodynamikk TMR4222 – Marint maskineri TMR4230 – Oseanografi TMR4252 – Marin prosj. TMR4260 – Driftsteknikk gk TTK4105 – Reguleringsteknikk 7.sem. Høst TMR Sjøbelastninger TMR4275 – Mod sim an dyn syst Komplementære emner: Se liste i studieplan Valgbare emner: TTK4115 – Lineær syst.teori TTK4150 – Ulineære systemer TMR4290 – Mar elektr syst 8.sem. Vår Eksperter i team, TV-prosjektTMR4240 – Marine reguleringssystemer Valgbare emner: TEP4115 – Termodyn syst. TMR Havkonstruksjoner TMR4217 – Hydrodynamikk for hurtiggående fartøy TMR4220 – Skipshydrodynamikk TMR4225 – Marine operasjoner TMR Oseanografi Emne fra annen studiepr/ retning skal velges. TTK Fartøystyring TTK Optimalisering og regulering 9. sem. Høst TMR4515 – Marin kybernetikk fordypningsemne (7.5 stp) TMR4510 – Marin kybernetikk fordypnings-prosjekt (7.5 stp) Kompletterende emner: TMA4145 – Lineære metoder TMR4190 – Elementmetoden TMR4290 – Mar elektr syst TTK4115 – Lineær systemteori TTK4150 – Ulineære systemer TMR4243 –Marine reguleringssystemer II Ikke-teknisk emne: Se komplementære emner 10.sem. Vår TMR4900 MASTEROPPGAVE (30 stp)

30 30 Aktuelle Fordypningsemner Marin kybernetikk: •Avansert modellbasert design og testing av marine reguleringssystemer (3,75 SP) •Avanserte reguleringsmetoder for marine systemer(3,75 SP) •Marine Mekatronikk (3,75 SP) Andre relevante emner ved instituttet: •Dynamisk analyse av marine konstruksjoner (3,75 SP), •Konstruksjonsanalyse VK (3,75 SP), •Eksperimentelle metoder i marin hydrodynamikk (3,75 SP), •Numeriske metoder i marin hydrodynamikk (3,75 SP), •Hydroelastisitet (3,75 SP), •Is-1 (3,75 SP), •Is-2 (3,75 SP), Andre relevante emner ved ITK: •Robotteknikk (3,75 SP), •Ulineær bevegelsesstyring (3,75 SP), •Kalman filtrering og navigasjon (3,75 SP).

31 31 Fordypningsemne: Avansert modellbasert design og testing av marine reguleringssystemer Ansvarlig: Professor Asgeir J. Sørensen Litteratur: Marine Control Systems: Propulsion and Motion Control of Ships, Underwater Vehicles and Ocean Structures. Report UK-10-76, 2010, Department of Marine Technology. DNV. Rules for classification of ships. Selected papers on marine control applications. Mål: Temaet vil gi innsikt og kunnskap til å analysere, utvikle og teste avanserte marine reguleringssystemer. Innhold: Emnet vil gi en fordypning i matematisk modellering og design av hybride og modellbaserte reguleringssystemer for propulsjon og bevegelsesstyring av skip, undervannsfarkoster og marine konstruksjoner. Det vil bli lagt vekt på marintekniske anvendelser der prosessforståelse og fysisk innsikt er spesielt viktig i design og testing av reguleringssystemer. Dette inkluderer fleksible systemer beskrevet av partielle differensial ligninger, hurtiggående fartøyer og avanserte marine og undervannsoperasjoner under krevende og skiftende værforhold og på dypt vann, samt optimaliseringsmetoder for thrust allokering. Eksempler er regulering av stigerør og rørledninger, vibrasjonsdemping, bevegelsesdemping av luftputekatamaraner, undervannsrobotikk og dynamisk posisjonering av skip og rigger i ekstrem sjø og isbelagte farvann. Testing av marine reguleringssystemer ved hjelp ”Failure mode and effect analysis – FMEA” og simulatorteknologi omtalt som ”Hardware-In-the-Loop (HIL) testing” vil også bli behandlet.

32 32 Fordypningsemne: Avanserte reguleringsmetoder for marine systemer Ansvarlig: Professor Roger Skjetne Litteratur: Bøker og/eller artikler avhengig av valgt kybernetisk fagområde (spesifiseres). Mål: De tilsiktede læringsmål for studenten er å kunne designe et avansert reguleringssystem innenfor et spesifisert kybernetisk fagområde, analysere systemets egenskaper rundt stabilitet og ytelse, kunne anvende dette for en valgt maritim applikasjon i et designprosjekt, og rapportere dette arbeidet skriftlig. Innhold: Studenten velger en ytterligere fordypning innen et av følgende områder: 1)Adaptive reguleringsdesign av ulineære systemer (adaptiv backstepping, gradientsøkmetoder, osv.), 2)Robuste ulineære reguleringsmetoder (ulike backstepping design, ISS design metoder, sliding-mode design, passiveringsdesign, og ulineær PID og integralregulering), 3)Manøvreringsteori og banefølgingsteori for styring av marine farkoster langs baner (baneparametrisering og banegenerering, guidance teorier, og relevante regulatoralgoritmer), 4)Styring av formasjoner av farkoster (formasjonskonfigurasjoner, reguleringsstrategier, guidance strategier, antikollisjon, osv.), og 5)Feildiagnostikk og feiltolerant reguleringsmetoder (feildeteksjon, feilisolasjon, og rekonfigurasjon av regulatorsløyfer for å håndtere feilsituasjoner i utstyr og prosesser). Læring av teori utføres ved bruk av felles forelesninger, kollokvier, og/eller veiledninger avhengig av praktiske forhold (antall studenter innen et gitt område, osv.) Ilag med ansvarlig fagperson velger hver student en applikasjon å anvende reguleringsmetoden på. Dette skal resultere i et reguleringsdesign for applikasjonen, analyse av dets egenskaper, og simuleringsresultat. Arbeidet skal rapporteres skriftlig og vil telle 50% av karakteren i emnet. Resterende del av karakteren baseres på en muntlig prøve.

33 33 Fordypningsemne: TMR 21 Marin mekatronikk Faglærere:Førsteamanuensis Eilif Pedersen Uketimer:Høst: 2F + 3Ø + 2S = 3.75 SP Tid:TBD Karakterer:Modulen inngår i fordypningsemne TMR4535 (50%) Obl.aktiviter: Ja Læringsmål:Modulen har som mål å gi studenter som ønsker å arbeide med analyse av dynamikk i mekatroniske systemer en introduksjon til og trening i bruk av analyttiske og databaserte løsningsmetoder for formulering av modeller og analyse av slike systemers dynamikk. Anbefalte forkunnskaper: TMR4275 Modellering, simulering og analyse av dynamiske systemer TTK4105 Reguleringsteknikk vil være en fordel Faglig innhold: Gjennomgang av partikkel og partikkelsystemers kinematikk og dynamikk. Stive legemers dynamikk i generell bevegelse i 3D. Introduksjon til Hamilton’s prinsipp og Lagrange’s metode for formulering av bevegelsesligninger for mekaniske systemer. Aktuatorer i mekatronsike systemer, modellering og styring. Modellering av sammensatte systemer og løsning av bevegelsesligninger ved hjelp av datamaskin. Anvendelser fra maskindynamikk, robotteknikk og generell mekatronikk.


Laste ned ppt "1 Marin Kybernetikk THRUSTER SETPOINTS REAL WORLD SIGNAL PROCESSING VESSEL OBSERVER THRUST ALLOCATION CONTROLLER COMMAND THRUSTER FORCES VESSEL MOTIONS."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google