Estrategia de control de giro en U en puerto para barcos basada en retroalimentación no lineal de función arco tangente
Autores: Gao, Shihang; Zhang, Xianku
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estrategia de control de giro en U en puerto para barcos basada en retroalimentación no lineal de función arco tangente
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Estrategia
Barcos
Consumo de energía
Mecanismo de dirección
Control no lineal de retroalimentación
Simulaciones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta una estrategia de control innovadora para permitir que los barcos realicen giros en U automáticos en aguas restringidas, con un enfoque en minimizar el consumo de energía y reducir el desgaste en el mecanismo de dirección. La estrategia integra un algoritmo de conformación de ganancia en lazo cerrado con control de retroalimentación no lineal, aplicado a un modelo matemático de movimiento no lineal diseñado específicamente para operaciones de baja velocidad en aguas poco profundas. Las simulaciones, realizadas bajo condiciones de escala de viento de Beaufort de hasta No. 5 y profundidades de agua de 15 m, demuestran que los barcos pueden ejecutar con éxito giros en U automáticos dentro de una distancia tres veces su longitud. La incorporación de tecnología de retroalimentación no lineal reduce significativamente el consumo de energía y el desgaste del mecanismo de dirección, con mejoras específicas que incluyen una reducción en el ángulo promedio del timón de hasta un 18.26%, una reducción en el error absoluto medio (MAE) de hasta un 3.6%, una reducción en la integral absoluta media (MIA) de hasta un 13.55%, y una reducción en la variación total media (MTV) de hasta un 36.36%. Estas mejoras no solo optimizan el efecto de control sino que también prolongan la vida útil del mecanismo de dirección, contribuyendo así a operaciones marítimas más sostenibles. Las pruebas teóricas y las simulaciones basadas en Matlab validan la efectividad del controlador, resaltando su potencial para el ahorro de energía y la mejora de la eficiencia de navegación en entornos marítimos desafiantes.
Descripción
Este estudio presenta una estrategia de control innovadora para permitir que los barcos realicen giros en U automáticos en aguas restringidas, con un enfoque en minimizar el consumo de energía y reducir el desgaste en el mecanismo de dirección. La estrategia integra un algoritmo de conformación de ganancia en lazo cerrado con control de retroalimentación no lineal, aplicado a un modelo matemático de movimiento no lineal diseñado específicamente para operaciones de baja velocidad en aguas poco profundas. Las simulaciones, realizadas bajo condiciones de escala de viento de Beaufort de hasta No. 5 y profundidades de agua de 15 m, demuestran que los barcos pueden ejecutar con éxito giros en U automáticos dentro de una distancia tres veces su longitud. La incorporación de tecnología de retroalimentación no lineal reduce significativamente el consumo de energía y el desgaste del mecanismo de dirección, con mejoras específicas que incluyen una reducción en el ángulo promedio del timón de hasta un 18.26%, una reducción en el error absoluto medio (MAE) de hasta un 3.6%, una reducción en la integral absoluta media (MIA) de hasta un 13.55%, y una reducción en la variación total media (MTV) de hasta un 36.36%. Estas mejoras no solo optimizan el efecto de control sino que también prolongan la vida útil del mecanismo de dirección, contribuyendo así a operaciones marítimas más sostenibles. Las pruebas teóricas y las simulaciones basadas en Matlab validan la efectividad del controlador, resaltando su potencial para el ahorro de energía y la mejora de la eficiencia de navegación en entornos marítimos desafiantes.