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Repräsentation dynamischer Schiffsmodelle in einem Navigationssystem für die Binnenschiffahrt

Reinhard Zimmermann

ISBN 978-3-89722-477-3
152 Seiten, Erscheinungsjahr: 2000
Preis: 40.50 €
Zur Lösung von regelungstechnischen Aufgabenstellungen werden vermehrt modellgestützte Verfahren eingesetzt, die anderen Verfahren im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit und Verlässlichkeit überlegen sind. Innerhalb eines Navigationssystems für die Binnenschiffahrt ist die Verwendung modellgestützter Verfahren zur Positionsbestimmung, Bahnregelung und zur Kursplanung sinnvoll.

Um vergleichende Untersuchungen von unterschiedlichen Schiffsmodellen hinsichtlich ihrer Eignung für einen Einsatz innerhalb dieser Verfahren zu ermöglichen, müssen einerseits die modellgestützten Verfahren vom verwendeten Schiffsmodell entkoppelt werden und andererseits muss eine zuverlässige Methode zur Identifikation der Modellparameter vorhanden sein.

In der vorgestellten Lösung wird dies dadurch erreicht, dass an zentraler Stelle Werkzeuge zur modellgestützten Prädiktion der Systemzustände und zur modellgestützten Messwertverarbeitung zur Verfügung gestellt werden, die unabhängig vom eingesetzten Modell operieren und von allen modellgestützen Verfahren einschliesslich der Parameter-Identifikation verwendet werden.

Die Anwendung dieser Werkzeuge wird anhand der Zustandsschätzung und der Parameter-Identifikation verdeutlicht, die auf den gleichen grundlegenden Modellfunktionen basieren. Die Zustandsschätzung ermittelt durch eine modellgestützte Verarbeitung aller Messwerte die Position, Orientierung und Bewegung des Schiffs. Die präsentierte Realisierung zeichnet sich dadurch aus, dass der gleichzeitige Betrieb mehrerer Zustandsschätzer mit unterschiedlichen Modellen möglich ist.

Bei der Parameter-Identifikation handelt es sich um ein nichtlineares asynchrones Maximum-Likelihood-Verfahren, das eine direkte Verarbeitung aller Messwerte erlaubt und damit eine sehr gute Ausnutzung der Messinformation sicherstellt. Dies ist notwendig, weil die beschränkten Platzverhältnisse auf der Binnenwasserstrasse nur eine geringe Systemanregung erlauben. Die Identifikation erfolgt im geschlossenen Regelkreis und ist weitgehend automatisiert. Die Auswertung der Daten an Bord des Schiffs ermöglicht eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Beladungen.

Für eine Auswahl in Frage kommender Schiffsmodelle werden Erweiterungen zur Berücksichtigung der gekrümmten Strömung hergeleitet, die die Modellgenauigkeit steigern, ohne dass dazu weitere Modellparameter benötigt werden. In der Arbeit werden experimentelle Versuchsergebnisse mit einem Schubboot auf dem Niederrhein vorgestellt und ausführlich diskutiert.

Keywords:
  • Navigation
  • Schiff
  • Parameter-Identifikation
  • Kalmanfilter
  • Autopilot

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