Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab
Det Marin Kybernetikk Laboratorium (MC-Lab) har en voksende flåte av kyberskip som brukes til masteroppgaver og doktorgradsforskning. Denne masteroppgaven sammenligner Dynamisk Posisjonering Observer (DPO) algoritmer som er aktuelle for kyberskip-modellene, med egenskaper som robust estimering av bi...
Main Author: | |
---|---|
Other Authors: | , |
Format: | Master Thesis |
Language: | English |
Published: |
NTNU
2023
|
Subjects: | |
Online Access: | https://hdl.handle.net/11250/3092805 |
id |
ftntnutrondheimi:oai:ntnuopen.ntnu.no:11250/3092805 |
---|---|
record_format |
openpolar |
spelling |
ftntnutrondheimi:oai:ntnuopen.ntnu.no:11250/3092805 2023-10-29T02:34:40+01:00 Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab Midtun, Eirik Skjetne, Roger Gezer, Emir Cem 2023 application/pdf https://hdl.handle.net/11250/3092805 eng eng NTNU no.ntnu:inspera:140295966:35313944 https://hdl.handle.net/11250/3092805 Master thesis 2023 ftntnutrondheimi 2023-10-04T22:46:32Z Det Marin Kybernetikk Laboratorium (MC-Lab) har en voksende flåte av kyberskip som brukes til masteroppgaver og doktorgradsforskning. Denne masteroppgaven sammenligner Dynamisk Posisjonering Observer (DPO) algoritmer som er aktuelle for kyberskip-modellene, med egenskaper som robust estimering av bias og evne til bølgefiltrering. Metoden er implementert I MC-Lab, med spesielt fokus på modellbåten C/S Arctic Drillship. Oppgaven vurderer Lineær Tids-Varierende Kalman Filter (LTV-KF), den ikke lineære passive observeren, et observer design basert på small-gain prinsippet og et observer design basert på Lyapunov transformasjon. Det legges spesielt vekt på observer algoritmen basert på small-gain prinsippet. Videre brukes bare bølgefiltreringsegenskapene til den ikke-lineære passive observeren. Stabilitetsegenskapene til observer algoritmene og retningslinjer for manuell justering av observer parameter undersøkes. Et Grafisk Brukergrensesnitt (GUI) er lagt til i Menneske Maskin Grensesnittet (HMI) til CSAD. Det nye GUI-et lar operatøren overvåke og samhandle med systemet. Det inkluderer sanntidsplotting av faktisk, estimert og ønsket posisjon og retning. Det inneholder også funksjonalitet for å justere observere i sanntid og er fullt innlemmet med CSAD sin ROS-stakk for bruk i Hardware-in-the-Loop (HIL) og modell tester. Observer parameterne blir justert automatisk ved hjelp av Partikkel Sverm Optimalisering (PSO), uten å være avhengig av den deriverte til målfunksjonen. De deterministiske observerne benytter justerings parameteren som optimaliseringsparametere, mens LTV-KF bruker kovariansmatrisen for prosess støy Q. Integral til Absolutt Feil (IAE) er valgt som Ytelsesindikator (PI) og brukes som målfunksjon. Observerne blir testet ved hjelp av en 4-hjørne-test og en 2-trinns transiente manøver i 3 frihetsgrader som er definert som en kombinert bevegelse test. Testene ble implementert i Python og kjørt ved hjelp av Robot Operativ System (ROS) for å fungere i sanntid. Tap av posisjon og retnings signal ble brukt i ... Master Thesis Arctic NTNU Open Archive (Norwegian University of Science and Technology) |
institution |
Open Polar |
collection |
NTNU Open Archive (Norwegian University of Science and Technology) |
op_collection_id |
ftntnutrondheimi |
language |
English |
description |
Det Marin Kybernetikk Laboratorium (MC-Lab) har en voksende flåte av kyberskip som brukes til masteroppgaver og doktorgradsforskning. Denne masteroppgaven sammenligner Dynamisk Posisjonering Observer (DPO) algoritmer som er aktuelle for kyberskip-modellene, med egenskaper som robust estimering av bias og evne til bølgefiltrering. Metoden er implementert I MC-Lab, med spesielt fokus på modellbåten C/S Arctic Drillship. Oppgaven vurderer Lineær Tids-Varierende Kalman Filter (LTV-KF), den ikke lineære passive observeren, et observer design basert på small-gain prinsippet og et observer design basert på Lyapunov transformasjon. Det legges spesielt vekt på observer algoritmen basert på small-gain prinsippet. Videre brukes bare bølgefiltreringsegenskapene til den ikke-lineære passive observeren. Stabilitetsegenskapene til observer algoritmene og retningslinjer for manuell justering av observer parameter undersøkes. Et Grafisk Brukergrensesnitt (GUI) er lagt til i Menneske Maskin Grensesnittet (HMI) til CSAD. Det nye GUI-et lar operatøren overvåke og samhandle med systemet. Det inkluderer sanntidsplotting av faktisk, estimert og ønsket posisjon og retning. Det inneholder også funksjonalitet for å justere observere i sanntid og er fullt innlemmet med CSAD sin ROS-stakk for bruk i Hardware-in-the-Loop (HIL) og modell tester. Observer parameterne blir justert automatisk ved hjelp av Partikkel Sverm Optimalisering (PSO), uten å være avhengig av den deriverte til målfunksjonen. De deterministiske observerne benytter justerings parameteren som optimaliseringsparametere, mens LTV-KF bruker kovariansmatrisen for prosess støy Q. Integral til Absolutt Feil (IAE) er valgt som Ytelsesindikator (PI) og brukes som målfunksjon. Observerne blir testet ved hjelp av en 4-hjørne-test og en 2-trinns transiente manøver i 3 frihetsgrader som er definert som en kombinert bevegelse test. Testene ble implementert i Python og kjørt ved hjelp av Robot Operativ System (ROS) for å fungere i sanntid. Tap av posisjon og retnings signal ble brukt i ... |
author2 |
Skjetne, Roger Gezer, Emir Cem |
format |
Master Thesis |
author |
Midtun, Eirik |
spellingShingle |
Midtun, Eirik Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab |
author_facet |
Midtun, Eirik |
author_sort |
Midtun, Eirik |
title |
Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab |
title_short |
Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab |
title_full |
Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab |
title_fullStr |
Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab |
title_full_unstemmed |
Performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: Application to the cybership models in MC-Lab |
title_sort |
performance analysis of dynamic positioning observer algorithms: application to the cybership models in mc-lab |
publisher |
NTNU |
publishDate |
2023 |
url |
https://hdl.handle.net/11250/3092805 |
genre |
Arctic |
genre_facet |
Arctic |
op_relation |
no.ntnu:inspera:140295966:35313944 https://hdl.handle.net/11250/3092805 |
_version_ |
1781057333051260928 |