Geliştirilmiş Kalman Filtresi, Geminin Matematiksel Modeli, Dinamik Mevki Kontrol Sisteminin Hesaplama ve Kontrol İşlemleri Bölüm 2

Geminin Matematiksel Modeli:

DKS, geminin matematiksel modeli üzerine kurgulanmış bir algoritma ile çalışır. Bu model, geminin karakteristik ve hidrodinamik özelliklerini içerir. Bu model aynı zamanda gemiye uygulanan harici kuvvetler karşısında geminin nasıl reaksiyon göstereceğini de belirler. Gemi modeli devamlı olarak rüzgâr ve itici modellerinden gelen ile beslenir. Rüzgâr modeli, gemiye etki eden rüzgâr gücünü ve etkilerini hesaplar. İtici modeli ise, iticilerden gelen geri besleme sinyallerini kullanarak, iticilerin uyguladığı gücü (etkiyi) hesaplar. Geminin matematiksel modeli, bu iki modelden gelen etki bilgilerini kullanılarak tahmini sürat ve öngörülen pruva & mevki bilgilerini üretir. Tahmini sürat, pruva ve mevki değerleri ileri/tornistan, yatay kayma ve pruvanın sancak/iskele yönüne olan hareketlerini içerir. Geminin seyir tecrübelerinde gemi matematiksel modeli için en uygun değerler ayarlanır.


Gemi Modeli Güncelleme Bilgisi:

Oluşturulan matematiksel gemi modeli hiçbir zaman gerçek geminin tam olarak aynısı olmayacaktır. Bununla birlikte, “Kalman Filtre” metodu olarak bilinen matematiksel hesaplama ile sensörlerden gelen bilgiler (DGPS, Cayro) kullanılarak geminin gerçek mevkisi ve pruva değeri en doğru şekilde hesaplanır (bu veriler hiçbir zaman tam olarak gerçek ve sıfır hatalı bilgiler olmayacağından “Tahmini değer” olarak adlandırılmıştır). Gemi modelinden alınan öngörülen/tahmini mevki & pruva değerleri ölçülen değerler ile mukayese edilerek aradaki fark bulunur (Mevki & pruva Farkı) bu bilgiler üzerinde gürültü sinyali olabileceğinden filtre edilerek gemi modeli güncelleme bilgisi olarak kullanılır. Kalman filtresi ve gemi modeli güncelleme yöntemi kullanılarak, farklı ölçüm sistemlerinden gelen verilerin en doğru kombinasyonda olması sağlanır.


Herhangi bir anda geminin mevki sensörlerinden (DGPS) veri gelmemesi durumunda sistemin çalışmasında önemli bir etki olmayacaktır. Sistem normal çalışmasına tahmini mevki (DR) ile devam eder ancak gemi modeli güncellemesi yapılamaz. DR olarak üretilen mevki bilgileri (tahmini) ilk başlarda çok doğru ve hassas olabilirken zaman içerisinde hassasiyet ve doğruluk düşer. Hata Giderme Uygulama Değeri: Geminin istenilen mevkide kalabilmesi için ihtiyaç duyulan itici gücü uygulanmış olsa bile, direk olarak ölçülemeyen etkilerden dolayı (dalga ve akıntı etkileri) gemi mevcut mevkisinden uzaklaşma eğiliminde olacaktır. Gemiye etki eden bu ilave güçler, belirli bir zaman periyodunda hesaplanır ve gemi modeline harici etkenler (güçler) olarak dahil edilir. Hata gidermeye yönelik uygulanan değerlerin ana etkeni denizdeki akıntılar olduğundan, sistem operatörüne “Akıntı Değeri” olarak gösterilir.


Kumanda Talebi:

Geminin istenen mevkide kalmasını sağlamak için yapılması gereken kumandaları içerir ve otomatik kontrolden gelen komutları, elle girilen komutları (manuel) ve ilave girdileri (harici etkenler kaynaklı ilave talep) içerir.


Otomatik Kontrolden Gelen Komutlar:

Ayarlanmış (seçili) pruva ve mevki değerleri ile mevcut değerler arasındaki farktan kaynaklanan komanda talebi ve gerçek sürat ile istenen sürat değeriarasındaki farktan kaynaklanan kumanda değeri olmak üzere iki bölümden oluşur. İstenen mevkive pruva değerleri operatör tarafından girilen değerlerdir (Setpoints) ve gemi modelinden gelenöngörülen mevki/pruva değerleri ile mukayese edilir. Aradaki fark, kazanç faktörü ile çarpılarak hesaplanır ve en düşük güç tüketimi ile mevki kontrolü sağlayacak ayarlamalar yapılır. İstenilen sürat değeri de gemi modelinden gelen tahmini sürat değeri ile mukayese edilir, şayet geminin mevkisi sabit ise istenen sürat değeri sıfır olacaktır. Kumanda talebinin bu bölümü gemi süratinin sıfıra düşürülmesi için dikkate alınacak olan sürükleme gücü olarak kullanılacaktır.


Elle Girilen Komutlardan Gelen Kumanda Talepleri: Geminin herhangi bir yöne ilerlemesine ilişkin otomatik olarak bir kumanda gelmiyor ise kumanda kolu (joystick) kullanılarak herhangi bir yönde hareket verilebilir.


İlave Girdiler (Harici Etkenlerden Kaynaklı Kumanda Talepleri):

Gemiye etki eden harici güçler, (dalga, akıntı vb.) tespit edilir edilmez ters yönde (etkiyi sönümleyecek şekilde) kumanda talebi oluşturulur ve nihai kumanda talebine ilave edilir.

İtici Seçimi:

Nihai olarak hesaplanan kumanda talebi, üç eksende (yanal ilerleme, ileri/tornistan yönünde ilerleme ve pruvanın sancak-iskeleye dönüş hareketi) ilerleme için kumanda talebi olarak oluşturulur ve her bir iticiye piç açısı, rpm değeri komutları olarak gönderilir. Kumanda talebi, mevki ve pruva kontrolü için uygun iticiye uygun miktarda hareket sağlayacak şekilde verilen komutlardır. Bu komutlarda, iticilerin seçiminde ve hareket miktarlarının belirlenmesinde en düşük güç kullanılacak düzenleme de yapılır (yakıt tasarrufu ve tahrik sisteminin kullanım ömrünün uzatılması maksadıyla). Verilen kumandalar kapsamında geminin istenen hareketi yapması için iticilerin güçleri yetersiz kalırsa öncelik pruva değerini koruyacak şekilde manevra yapılmasındadır.


Ancak kullanıcı isterse önceliği pruva değerinin korunmasından mevkinin korunmasına kaydırabilir. Herhangi bir iticinin arıza yapması durumunda sistem o iticinin görevini (yükünü) otomatik olarak diğer iticiler arasında paylaştırır. Herhangi bir itici için DKS tarafından oluşturulan talep (kumanda) söz konusu itici için ana tahrik sistemi tarafından belirlenen azami sınırları aşıyor ise, ilgili iticiye gönderilen itki komutu sınırlar dahilinde düşürülür (bu durumda pruva-mevki önceliği dikkate alınır). Gemi ana tahrik sisteminin göçmesine sebep olabilecek güç tüketim limit değerleri DKS tarafından iticiler için uygulanan itki talepleri için de geçerlidir.


Aşağıdaki şekilde kumanda talepleri karşısında iticilerin seçilmesi ve güç uygulamasına bir örnek verilmiştir.

Şekil 2.9 Kumanda Talebi ve iticilerin Çalışması (Örnek)

Aşırı Yük Kontrolü:

Geminin ana tahrik sisteminde yer alan ana besleme (elektrik) hattı devamlı olarak kontrol edilir, şayet bu hatta bağlı iticilerden birisi belirlenmiş limit değerleri aşarsa (aşırı yüklenirse) o itici için piç kontrolü ve rpm değerleri yükü azaltacak şekilde yeniden düzenlenir. Aşırı yüklü iticinin düşürülen değerlerinden kaynaklı itiş gücü kaybı diğer iticiler arasında paylaştırılarak sistemin çalışması etkilenmez. Burada belirlenen aşırı yük (aşırı akım) değerleri, geminin ana tahrik kontrol sisteminin kendisinde uygulanan limit değerlerden daha düşüktür.


Referans Sistemi ve Sensörlerden Gelen Verinin İşlenmesi: Geminin herhangi bir andaki mevkisi ve pruva değeri DKS’nin çalışması için hayati önem arzeder. DKS ile pek çok mevki sistemi birlikte kullanılır. Bunların arasından ilk seçilen ve kabul edilen sistem DKS için referans merkezi olarak kabul edilir (dahili koordinat sisteminin referansı).


Kongsberg firmasınca üretilen Dinamik Konumlandırma Sistemlerinin çalışma prensibi ve kontrol yöntemleri genel hatları ile yukarıda açıklanmıştır.

Dinamik Konumlandırma Sistemi birbirlerinden bağımsız beş alt sistemden oluşmaktadır. Bunlar:


● K-Pos DP-11 Dinamik Konumlandırma Sistemi: 1 konsol ve kumanda bilgisayarından oluşan mevki kontrol sistemidir. Konsol, kabinet ve diğer bağlantı birimlerinin dışında iki adet de yazıcısı (Genel Maksatlı Yazıcı ve Alarm Yazıcısı) vardır.
● cJoy Konumlandırma Sistemi: cJoy DP Konumlandırma Sistemi daha çok uzaktan kumanda maksadıyla kullanılmak üzere geliştirilmiş ve dizayn edilmiş bir sistem olup K-Pos DP-11 ile herhangi bir elektriki bağlantısı ve veri transferi mevcut değildir.
● Hareket Algılayıcı Birim (MRU): MRU geminin üç eksende yaptığı hareketleri (Yalpa-Meyil-Kabarma) hassas bir şekilde ataletsel olarak ölçen bir alıngaçtır.
● Akustik Hassas Mevki Referans Sistem (HiPAP): HiPAP, gemide kullanılan DGPS cihazları gibi DKS’ye mevki referansı sağlayan sistemdir. Bu yüzden sistem bileşenleri içerisinde “Referans Sistemi” olarak görev yapar.
● DPS 110 Mevki referans sistemi (DGPS): Gemi mevkisini çok hassas bir şekilde (uydu sinyalleri ve karasal istasyonlardan aldığı düzeltme sinyallerini kullanır) verebilen DGPS sistemidir.


Dinamik konumlandırma sistemini (kontrol açısından) oluşturan ve gemi mevkisine kumanda etme kabiliyeti olan birbirinden bağımsız alt sistemlerin (K-Pos DP-11 ve cJoy) gemi ana tahrik sistemine kumandası bir seçim şalteri (Mod Seçim Anahtarı) vasıtasıyla yapılabilir.


Görev ve fonksiyonellik açısından Dinamik Konumlandırma Sistemini oluşturan alt sistemler aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Şekil 2.10 DKS Bileşenleri

DKS’nin ana elemanları ve fonksiyonel ilişkileri aşağıdaki blok diyagramda gösterilmiştir (Bu diyagram sadece bilgi vermek maksadıyla hazırlanmış olup gerçek elektriki ve fiziksel bağlantıları içermez, sistemin genel olarak fonksiyonellik ilişkisini gösterir).

Şekil 2.11 DKS Fonksiyonel Blok Diyagramı

Hazırlayan 
Çağlar ASLAN
Uzakyol Kaptan

(18)

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
Notify of
guest
0 Yorum
Oldest
Newest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
Select your currency
Turkish lira
0
    0
    Your Cart
    Your cart is emptyReturn to Shop