Search
dr hab. Anna Witkowska
Employment
- Associate professor at Department of Control Engineering
Publications
Filters
total: 42
Catalog Publications
-
Adaptive dynamic control allocation for dynamic positioning of marine vessel based on backstepping method and sequential quadratic programming
PublicationIt is generally assumed in dynamic positioning of over-actuated marine vessels that the control effectiveness matrix (input matrix) is known and constant, or, in case of fault information, it is estimated by the fault detection and diagnosis system. The purpose of the study is to develop the adaptive dynamic positioning control system for an over-actuated marine vessel in the presence of uncertainties and with emphasis on limited...
-
Nonlinear Backstepping Ship Course Controller
PublicationStatek, jako obiekt sterowania charakteryzuje się nieliniową manewrową funkcją opisującą. Metoda backstepping jest jedną z metod, które mogą być wykorzystane w procesie projektowania nieliniowych układu sterowania kursem statków. Metoda została zastosowana w celu zaprojektowania dwóch konfiguracji nieliniowych regulatorów kursu.Regulatory zostały przebadane w układach regulacji kursu statku. Jedna z konfiguracji w fazie projektowania...
-
Monitoring Regenerative Heat Exchanger in Steam Power Plant by Making Use of the Recurrent Neural Network
PublicationArtificial Intelligence algorithms are being increasingly used in industrial applications. Their important function is to support operation of diagnostic systems. This paper pesents a new approach to the monitoring of a regenerative heat exchanger in a steam power plant, which is based on a specific use of the Recurrent Neural Network (RNN). The proposed approach was tested using real data. This approach can be easily adapted to...
-
Dynamic Positioning System with Vectorial Backstepping Controller
PublicationThe problem of synthesis a dynamic positioning system for low frequency model of surface vessel was considered in this paper. The recursive vectorial backstepping control design was used to keep a fixed position and heading in presence of wave disturbances. The passive observer was introduced to smooth the measurements and to estimate the velocities needed for the control algorithm. Some parameters of observer were optimized off-line...
-
Marine autonomous surface ship - control system configuration
PublicationThis paper addresses the problem of marine autonomous surface ship (MASS) control. The contribution of the paper is the development of a control system configuration, done assuming fully autonomous MASS operation under distinct operational conditions. The overview of hardware and software selection is included.
-
Dynamically positioned ship steering making use of backstepping method and artificial neural networks
PublicationThe article discusses the issue of designing a dynamic ship positioning system making use of the adaptive vectorial backstepping method and RBF type arti cial neural networks. In the article, the backstepping controller is used to determine control laws and neural network weight adaptation laws. e arti cial neural network is applied at each time instant to approximate nonlinear functions containing parametric uncertainties....
-
ANALYSIS OF IMPACT of SHIP model parameters on changes of control quality index in ship dynamic positioning system
PublicationIn this work there is presented an analysis of impact of ship model parameters on changes of control quality index in a ship dynamic positioning system designed with the use of a backstepping adaptive controller. Assessment of the impact of ship model parameters was performed on the basis of Pareto-Lorentz curves and ABC method in order to determine sets of the parameters which have either crucial, moderate or low impact on objective...
-
ADAPTIVE BACKSTEPPING TRACKING CONTROL FOR OVER-ACTUATED DP MARINE VESSEL WITH INERTIA UNCERTAINTIES
PublicationDesigning a tracking control system for an over-actuated dynamic positioning marine vessel in the case of insufficient information on environmental disturbances, hydrodynamic damping, Coriolis forces and vessel inertia characteristics is considered. The designed adaptive MIMO backstepping control law with control allocation is based on Lyapunov control theory for cascaded systems to guarantee stabilization of the marine vessel...
-
Data fusion of GPS sensors using Particle Kalman Filter for ship dynamic positioning system
PublicationDepending on standards and class, dynamically positioned ships make use of different numbers of redundant sensors to determine current ship position. The paper presents a multi-sensor data fusion algorithm for the dynamic positioning system which allows it to record the proper signal from a number of sensors (GPS receivers). In the research, the Particle Kalman Filter with data fusion was used to estimate the position of the vessel....
-
Trajectory planning for Service Ship during emergency STS transfer operation
PublicationIn this paper trajectory for approaching during emergency STS transfer operation with oil spill is considered as a sequence of navigation manoeuvres in specific navigational environment. The designed way points - ship positions and speed are determined as reference values to support navigator in decision making during steering and to mitigate the risk of collision which mostly results from exceeding the speed limit of approaching....
-
Monitoring the gas turbine start-up phase on the platform using a hierarchical model based on Multi-Layer Perceptron networks
PublicationVery often, the operation of diagnostic systems is related to the evaluation of process functionality, where the diagnostics is carried out using reference models prepared on the basis of the process description in the nominal state. The main goal of the work is to develop a hierarchical gas turbine reference model for the estimation of start-up parameters based on multi-layer perceptron neural networks. A functional decomposition...
-
The Niching Mechanism in the Evolutionary Method of Path Planning
PublicationThis paper presents the concept of the niching mechanism in the evolutionary method of path planning. The problem is considered based on the example of a ship path planning. In this method the diversity of individuals is tested in respect to their physical distance, not the fitness function value. The researches show that such an approach increases effectiveness of solution space exploration, what results in a final solution with...
-
Control design for slow speed positioning
PublicationThe problem under study is a synthesis of position and heading control system for low frequency model of surface vessel described by 3 DOF mathematical model. The recursive vectorial backstepping control design was used to keep fixed position and heading in presence of wave disturbances. The controller has been simulated on computer model of scaled supply vessel. It has been assumed that the actuators produce generalized forces...
-
Adaptive dynamic control allocation for over-actuated dynamic positioning system based on backstepping method in case of thruster faults
PublicationThe objective of the research considered in this paper is dynamic positioning of a nonlinear over-actuated marine vessel in the presence of limited information about thruster forces. First, the adaptive backstepping method is used to estimate the input matrix which will compensate partial loss of actuator effectiveness in the presence of actuator dynamics. Then, the adaptive commanded virtual forces and moment are allocated into...
-
Dynamic Positioning Capability Assessment for Ship Design Purposes
PublicationThe article focuses on solving a problem of optimal thrust distribution over the actuators in a ship Dynamic Positioning, according to DNV-ST-0111 standard, Level 1. The classic Quadratic Programming approach is combined with the numerical solusion used to handle the propeller with the rudder constraints in the optimization task and the influence between thrusters and skeg. It is presented as an efficient method of minimizing the...
-
Designing Particle Kalman Filter for Dynamic Positioning
PublicationThe article presents a comparative analysis of two variants of the Particle Kalman Filter designed by using two different ship motion models. The first filter bases only on the kinematic model of the ship and can be used in many types of vehicles, regardless of the vehicle dynamics model. The input value to the filter is the noisy position of the ship. The second filter makes use of the kinematic and dynamic models of the moving...
-
An Intelligent Approach to Short-Term Wind Power Prediction Using Deep Neural Networks
PublicationIn this paper, an intelligent approach to the Short-Term Wind Power Prediction (STWPP) problem is considered, with the use of various types of Deep Neural Networks (DNNs). The impact of the prediction time horizon length on accuracy, and the influence of temperature on prediction effectiveness have been analyzed. Three types of DNNs have been implemented and tested, including: CNN (Convolutional Neural Networks), GRU (Gated Recurrent...
-
Advanced Ship Control Methods
PublicationThe chapter presents two main streams of research in vessel control at sea: dynamic positioning (DP) of the vessel and decision support in case of collision at sea. The control structure and basic requirements for the DP system are defined. Selected issues of automatic control of a dynamically positioned vessel are discussed. A review of advanced methods of controlling a DP ship is carried out, taking into account the tasks of...
-
Analysis of data fusion algorithms for the vessel with the dynamic positioning system
PublicationThe dynamic positioning (DP) system on the vessel is operated to control the position and heading of the vessel with the use of propellers and thrusters installed on the board. On DP vessels redundant measurement systems of position, heading and the magnitude and direction of environmental forces are required for safety at sea. In this case, a fusion of data is needed from individual measurement devices. The article proposes a...
-
Approach Manoeuvre During Emergency Ship-to-Ship Transfer Operation with Oil Spill
PublicationOne of the major activities during Ship to Ship (STS) transfer operation at sea is to safe approach the Ship to be Lightered (SBL) which moves on a constant heading with slow speed or drifting. In the paper described the manoeuvring problem for approaching during emergency STS transfer operation with oil spill. The approach manoeuvre is considered as a sequence of navigation manoeuvres in specific navigational environment with...
-
Zakres stabilnej pracy silnika indukcyjnego z obserwatorem prędkości kątowej wału wyznaczony za pomocą drugioej metody Lapunowa.
PublicationZamieszczono analizę stabilności układu regulacji silnika indukcyjnego z obserwatorem prędkości kątowej wału w oparciu o drugą metodę Lapunowa. Na podstawie modelu matematycznego układu silnika z obserwatorem wyznaczono funkcję Lapunowa oraz udowodniono warunki jej poprawności. Dokonano analizy lokalnej dla małych prędkości oraz częściowej analizy globalnej rozważanego układu. Wyniki potwierdzono w symulacji komputerowej z zastosowaniem...
-
Synteza układu sterowania statkiem morskim dynamicznie pozycjonowanym w warunkach niepewności
PublicationNiniejsza monografia obejmuje zagadnienia związane z syntezą układu dynamicznego pozycjonowania statku w środowisku morskim z zastosowaniem wybranych nieliniowych metod sterowania. W ramach pracy autorka rozważała struktury sterowania z zastosowaniem wektorowej adaptacyjnej metody backstep oraz metod jej pokrewnych, takich jak regulatory MSS (ang. multiple surface sliding), DSC (ang. dynamic surface control), NB (ang. neural backstepping)....
-
Ship Dynamic Positioning Based on Nonlinear Model Predictive Control
PublicationThe presented work explores the simulation test results of using nonlinear model predictive control algorithm for ship dynamic positioning. In the optimization task, a goal function with a penalty was proposed with a variable prediction step. The results of the proposed control algorithm were compared with backstepping and PID. The effect of estimation accuracy on the control quality with the implemented algorithms was investigated....
-
Identification of ship’s hull mathematical model with numerical methods
PublicationThe modern maritime industry is moving toward the development of technology that will allow for full or partial autonomy of ship operation. This innovation places high demands on ship performance prediction techniques at the design stage. The researchwork presented in the article is related to the design stage of the ship and concerns methods for prognosis and evaluation of the specific operational condition of the ship, namely...
-
DYNAMIC POSITIONING CAPABILITY ASSESSMENT BASED ON OPTIMAL THRUST ALLOCATION
PublicationThe article presents an efficient method of optimal thrust allocation over the actuators in a dynamically positioned ship, according to the DNV-ST-0111 standard, Level 1. The optimisation task is approximated to a convex problem with linear constraints and mathematically formulated as quadratic programming. The case study is being used to illustrate the use of the proposed approach in assessing the DP capability of a rescue ship....
-
Metody alokacji pędników w układach dynamicznego pozycjonowania statkiem
PublicationUkłady kontroli alokacji pędników stanowią ważną część systemów dynamicznego pozycjonowania DP (ang. Dynamic Positioning)na statku. Określają one sygnały sterujące nastawami pędników, na podstawie uogólnionego wektora sił wzdłużnej, poprzecznej i momentu skręcającego, uzyskiwanych z prawa sterowania. W artykule przedstawiono wybrane algorytmy kontroli alokacji pędników, optymalizujące prace tych urządzeń oraz omówiono wpływ zastosowanych...
-
PROJEKTOWANIE WIELOWYMIAROWEGO REGULATORA BACKSTEPPING W UKŁADZIE DYNAMICZNEGO POZYCJONOWANIA STATKU
PublicationW komercyjnych systemach dynamicznego pozycjonowania statku, pomimo znacznego wzrostu poziomu automatyzacji, wykorzystywane jest nadal sterowanie typu PID. Poprawę jakości procesu pozycjonowania może umożliwić wykorzystanie bardziej efektywnych algorytmów, oferujących zaawansowane nieliniowe techniki sterowania. W artykule przedstawiono zagadnienie projektowania regulatora pozycji i kursu dla układu dynamicznego pozycjonowania...
-
ZASTOSOWANIE MACIERZY PSEUDO ODWROTNEJ W METODACH ALOKACJI PĘDNIKÓW UKŁADU DYNAMICZNEGO POZYCJONOWANIA STATKU
PublicationUkłady kontroli alokacji pędników stanowią ważną część systemów dynamicznego pozycjonowania na statku. Określają one sygnały sterujące nastawami pędników, na podstawie uogólnionego wektora sił wzdłużnej, poprzecznej i momentu skręcającego, uzyskiwanych z prawa sterowania. W artykule przedstawiono wybrane algorytmy kontroli alokacji pędników, różniące się sposobem wyznaczania macierzy pseudo odwrotnej oraz algorytm bezpośredniej...
-
Metody alokacji sterowań w układach dynamicznego pozycjonowania statku
PublicationUkłady kontroli alokacji sterowań stanowią ważną część systemów dynamicznego pozycjonowania DP (ang. Dynamic Positioning)na statku. Określają one sygnały sterujące nastawami pędników, na podstawie uogólnionego wektora sił wzdłużnej, poprzecznej i momentu skręcającego, uzyskiwanych z prawa sterowania. W artykule przedstawiono wybrane algorytmy kontroli alokacji sterowań, optymalizujące prace tych urządzeń oraz omówiono wpływ zastosowanych...
-
Fractional Order Dynamic Positioning Controller
PublicationImproving the performance of Dynamic Positioning System in such applications as station keeping, position mooring and slow speed references tracking requires improving the position and heading control precision. These goals can be achieved through the improvement of the ship control system. Fractional-order calculus is a very useful tool which extends classical, integer-order calculus and is used in contemporary modeling and control...
-
Control System Design for Dynamic Positioning using Vectorial Backstepping
PublicationThe problem of synthesis a dynamic positioning system for low frequency model of surface vessel was considered in this paper. The recursive vectorial backstepping control design was used to keep a fixed position and heading in presence of wave disturbances. The passive observer was introduced to smooth the measurements and to estimate the velocities needed for the control algorithm. The computer simulation results were given to...
-
Metoda backstepping w zastosowaniach morskich
PublicationPrezentowana monografia obejmuje zagadnienia związane z opracowaniem zaawansowanego układu regulacji kursu statku, opartego na metodzie projektowania backstepping. W książce przedstawiono technikę umożliwiającą automatyczny dobór parametrów regulatora backstepping do zmieniających się warunków pracy układu, z użyciem metod adaptacyjnych oraz algorytmów genetycznych. Przy zastosowaniu procedury backstepping zaprojektowano dwie konfiguracje...
-
Ewolucyjna metoda wyznaczania zadanej trajektorii statku z zastosowaniem mechanizmu niszowania
PublicationArtykuł prezentuje implementację mechanizmu niszowania do ewolucyjnej metody wyznaczania zadanej trajektorii statku. W metodzie proponowane jest porównywanie różnorodności osobników w oparciu o fizyczną odległość między trajektoriami. Badania pokazują, że takie podejście zwiększa efektywność eksploracji przestrzeni rozwiązań dzięki czemu osiąga się poprawę końcowej wartości funkcji przystosowania. Problem poszukiwania ścieżki przejścia...
-
Adaptacyjny regulator kursu statku z zastosowaniem metody backstepping
PublicationW układach morskich aplikacja nieliniowych technik adaptacyjnych do sterowania ruchem statku jest obecnie niezbędna aby uwzględnić występujące niepewności strukturalne i parametryczne. Jest to szczególnie istotne, ponieważ dynamika statku zależy od dużej masy i wpływu zakłóceń środowiskowych zarówno addytywnych jak i multiplikatywnych, wywołanych przez fale, wiatry i prądy oceaniczne. Artykuł obejmuje zagadnienie projektowania...
-
Ship course control system taking into account the steering gear dynamic properties
PublicationW artykule zostały przedstawione różne konfiguracje regulatorów nieliniowych do sterowania kursem statku. Zaprojektowane regulatory oparto na metodzie backstepping, regulatorze PD oraz sterowaniu ślizgowym. Algorytmy uwzględniają na etapie projektowania liniowe własności dynamiczne urządzenia wykonawczo - sterującego maszyny sterowej. Dokonano analizy porównawczej jakości pracy rozpatrywanych struktur sterowania podczas badań symulacyjnych...
-
Designing a ship course controller by applying the adaptivebackstepping method
PublicationThe article discusses the problem of designing a proper and efficient adaptive course-keeping control system for a seagoingship based on the adaptive backstepping method. The proposed controller in the design stage takes into account thedynamic properties of the steering gear and the full nonlinear static maneuvering characteristic. The adjustable parametersof the achieved nonlinear control structure were tuned up by using the...
-
Power efficient thrust allocation algorithms in design of dynamically positioned ships
PublicationAssessment of power consumption on a Dynamically Positioned (DP) ship in the early design stage can assist crucial design choices. The study presents a comparison between two algorithms of optimal thrust allocation in a propulsion system for an over-actuated DP ship. Applied algorithms were Quadratic Programming (QP) and Non- dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGAII). Based on both approaches, tools were developed for ship...
-
Wybrane metody sterowania statkiem
PublicationW rozdziale przedstawiono dwa główne nurty badań w zakresie sterowania stat-kiem na morzu: dynamiczne pozycjonowanie (DP) statku i wspomaganie decyzji w sytuacji kolizyjnej na morzu. Dla systemu DP określono strukturę sterowania i podstawowe wymagania. Omówiono wybrane problemy sterowania automatycz-nego statkiem dynamicznie pozycjonowanym. Dokonano przeglądu zaawanso-wanych metod sterowania statkiem DP z uwzględnieniem zadań poszczególnych...
-
Autonomous Ship Utility Model Parameter Estimation Utilising Extended Kalman Filter
PublicationIn this paper, a problem of autonomous ship utility model identification for control purposes is considered. In particular, the problem is formulated in terms of model parameter estimation (one-step-ahead prediction). This is a complex task due to lack of measurements of the parameter values, their time-variability and structural uncertainty introduced by the available models. In this work, authors consider and compare two utility...
-
Navigational decision support system during approach manoeuvre in emergency STS transfer operation
PublicationThe paper is concerned with the problem of safe trajectory planning for approaching during emergency STS (Ship to Ship) transfer operation with oil spill. The safe trajectory means that the way points does not cross in the area of the environment with the static and dynamic obstacles and at the same time satisfies ship's stopping and speed deceleration performance. The evolutionary path planning algorithm is used to determine trajectory...
-
Stabilizacja pozycji i kierunku jednostki dynamicznie pozycjonowanej z niepewnościami parametrycznymi modelu i pomiarowymi
PublicationW praktyce, zarówno dynamika statku dynamicznie pozycjonowanego jak również zakłóceń środowiskowych oddziałujących na kadłub nie jest dokładnie znana, co wynika ze zmieniających się warunków eksploatacyjnych jednostki i stanów morza. W artykule przedstawiono zagadnienie projektowania regulatora pozycji i kursu statku z zastosowaniem wektorowej adaptacyjnej metody backstepping dla układu dynamicznego pozycjonowania statku z niepewnościami...
-
ANALIZA NIELINIOWEGO OBSERWATORA I FILTRU CZĄSTECZKOWEGO JAKO ESTYMATORÓW POZYCJI STATKU.
PublicationW artykule została przedstawiona analiza porównawcza dokonana pomiędzy dwoma estymatorami pozycji. Analiza ta została przedstawiona na podstawie różnicy pomiędzy wartością estymowaną a rzeczywistą. Badania estymatorów zostały przeprowadzone na podstawie równania kinematyki i dynamiki statku dynamicznie pozycjonowanego. Wartościami wykorzystywanymi w symulacji są pomiary z symulowanego odbiornika GPS i siły wytworzone przez napędy...
seen 3097 times