Search
prof. dr hab. inż. Roman Śmierzchalski
Publications
Filters
total: 56
Catalog Publications
Year 2023
-
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....
Year 2022
-
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...
-
Autonomous Control of the Underwater Remotely Operated Vehicle in Collision Situation with Stationary Obstacle
PublicationThe article considers the problem of autonomous control of the underwater remotely operated vehicle mini Remotely Operated Vehicle (ROV) in a collision situation with a stationary obstacle. The control of the collision avoidance process is presented as a synthesis of fuzzy proportional-differential controllers for the control of distance and orientation concerning the detected stationary obstacle. The control of the submergence...
Year 2021
-
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...
Year 2020
-
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...
-
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...
Year 2019
-
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.
Year 2018
-
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...
-
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...
-
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...
-
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...
Year 2017
-
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...
-
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....
-
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...
-
Path planning algorithm for ship collisions avoidance in environment with changing strategy of dynamic obstacles
PublicationIn this paper a path planning algorithm for the ship collision avoidance is presented. Tested algorithm is used to determine close to optimal ship paths taking into account changing strategy of dynamic obstacles. For this purpose a path planning problem is defined. A specific structure of the individual path and fitness function is presented. Principle of operation of evolutionary algorithm and based on it dedicated application...
-
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....
Year 2016
-
Experimental Comparison of Straight Lines and Polynomial Interpolation Modeling Methods in Ship Evolutionary Trajectory Planning Problem
PublicationPaper presents the application of evolutionary algorithms and polynomial interpolation in ship evolutionary trajectory planning method and its comparison to classic approach, where trajectory is modeled by straight lines. Evolutionary algorithms are group of methods that allows\ to find a collision free trajectory in real time, while polynomial interpolation allows to model smooth trajectory, which keeps continuity of velocity...
-
Struktura systemu sterowania statkiem dynamicznie pozycjonowanym.
PublicationW artykule przedstawiono funkcje i zadania systemu dynamicznego pozycjonowania (DP) statku. Omówiono zagadnienia sterowania - stabilizacji pozycji i kierunku (kursu rzeczywistego statku) przy małej prędkości manewrowania oraz modele statku DP. Określono wymagania towarzystw klasyfikacyjnych dla statków DP. Przedstawiono wielowarstwową strukturę systemu sterowania statkiem DP, gdzie do podstawowych problemów należy zaliczyć filtrację...
-
The structure of the control system for a dynamically positioned ship
PublicationThe article discusses functions and tasks of dynamic positioning (DP) systems for ships. The analysed issues include ship steering, in particular stabilisation of ship position and direction of motion (real course) at low manoeuvring speeds, and commonly used DP ship models. Requirements imposed by classification societies on DP ships are quoted. A multi-layer structure of the DP control system is presented, with special attention...
Year 2015
-
Impact of Initial Population on Evolutionary Path Planning Algorithm
PublicationIn this paper an impact of initial population on evolutionary path planning algorithm is presented. Tested algorithm is used to determine close to optimal shippaths in collision avoidance situation. For this purpose a path planning problem is defined. A specific structure of the individual path and fitness function is presented. For the simulation purposes a close to real tested environment is created. Four tests are performed....
-
Optymalizacja nieciągłych funkcji wielomodalnych z wykorzystaniem kooperacyjnego algorytmu koewolucyjnego
PublicationW artykule przedstawiono algorytmy koewolucyjne, heurystyczną metodę rozwiązywania złożonych obliczeniowo problemów opartą na zasadzie korelacji oraz darwinowskiej teorii ewolucji. Opisano zalety algorytmu, możliwe zastosowania, sposób działania oraz niektóre z dotychczasowych implementacji. Następnie wybrano trzy wielomodalne lub nieciągłe funkcje testowe: Rosenbrocka, Styblinskiego-Tanga oraz Schaffer’a. Dokonano dekompozycji...
-
Ship Evolutionary Trajectory Planning Method with Application of Polynomial Interpolation
PublicationPaper presents the application of evolutionary algorithms and polynomial interpolation in ship evolutionary trajectory planning method. Evolutionary algorithms allows to find a coIlision free trajectory in real time, while polynomial interpolation allows to model smooth trajectory which keeps continuity of velocity and acceleration values along path. Combination of this two methods allows to find trajectory, which under some assumptions,...
-
Wykorzystanie kamery termowizyjnej nowej generacji do oceny wpływu sił ortodontycznych na dziąsło = The application of a new-generation thermal imaging camera for the assessment of hemodynamic changes in gingiva during orthodontic treatment
PublicationIntroduction. One ot the most interesting modern methods of assessing microcirculation is thermovisiual examination. Thermovision cameras are commonly used in general medicine. As the periodontium is one of the most vascularized tissues in the human body, the application of high-sensitivity thermovision cameras may allow tor noninvasive asses- sment and early detection ot pathological changes in the gingiva by giving a complete...
Year 2014
-
Badanie układu regulacji temperatury powietrza ogrzewanego w próżnio-wym kolektorze słonecznym
PublicationW pracy przedstawiono badanie układu regulacji temperatury powietrza na zmodernizowanym stanowisku badawczym kolektora słonecznego. Zaprezentowano metody regulacji temperatury wyjściowej kolektora oraz wyniki z przeprowadzonych pomiarów. Na ich podstawie stwierdzono, że najbardziej efektywną metodą regulacji temperatury wyjściowej jest mieszanie powietrza z wykorzystaniem regulatora proporcjonalno-całkującego (PI).
-
Comparison of Single and Multi-Population Evolutionary Algorithm for Path Planning in Navigation Situation
PublicationIn this paper a comparison of single and multi-population evolutionary algorithm is presented. Tested algorithms are used to determine close to optimal ship paths in collision avoidance situation. For this purpose a path planning problem is defined. A specific structure of the individual path and fitness function is presented. Principle of operation of single-population and multi-population evolutionary algorithm is described....
-
Impact of Initial Population on Evolutionary Path Planning Algorithm
PublicationIn this paper an impact of initial population on evolutionary path planning algorithm is presented. Tested algorithm is used to determine close to optimal ship paths in collision avoidance situation. For this purpose a path planning problem is defined. A specific structure of the individual path and fitness function is presented. For the simulation purposes a close to real tested environment is created. Four tests are performed....
-
Selection Pressure in the Evolutionary Path Planning Problem
PublicationThis article compares an impact of using various post-selection methods on the selection pressure and the quality of the solution for the problem of planning the path for a moving object using the evolutionary method. The concept of selection pressure and different methods of post-selection are presented. Article analyses behaviour of post-selection for four options of evolutionary algorithms. Based on the results achieved, waveform...
-
Termination functions for evolutionary path planning algorithm
PublicationIn this paper a study of termination functions (stop criterion) for evolutionary path planning algorithm is presented. Tested algorithm is used to determine close to optimal ship paths in collision avoidance situation. For this purpose a path planning problem is defined. A specific structure of the individual path and fitness function is presented. For the simulation purposes a close to real tested environment is created. Five...
-
Termograficzna diagnostyka stanu dziąseł
PublicationW artykule przedstawiono zagadnienie dotyczące wykorzystania kamer termowizyjnych do bezinwazyjnych badań stomatologicznych. Badania wstępne przeprowadzono dla kilku osób, dokonując pomiarów rozkładu promieniowania temperaturowego w obrębie dziąsła. Analiza wyników badań wykazała zmiany przepływu krwi w dziąśle, co oznacza, iż badania te mogą być pomocne w monitorowaniu przejściowych procesów zapalnych dziąseł. Ważnym zagadnieniem...
Year 2013
-
Automatyzacja i sterowania statkiem
PublicationKsiążka o charakterze monograficzno-przeglądowym poświęcona jest automatyzacji, metodom oraz systemom sterowania statkiem. Przedstawiono w niej dwa główne nurty sterowania statkiem. Pierwszy dotyczy sterownia automatycznego, gdzie operator pełni funkcję nadzorczą. W tym wypadku rozpatrywane są systemy sterowania po trasie rejsu i trajektorii oraz dynamicznego pozycjonowania. Drugi z kolei, odnosi się do systemów wspomagania decyzji...
-
Distributed Evolutionary Algorithm for Path Planning in Navigation Situation
PublicationThis article presents the use of a multi-population distributed evolutionary algorithm for path planning in navigation situation. The algorithm used is with partially exchanged population and migration between independently evolving populations. In this paper a comparison between a multi-population and a classic single-population algorithm takes place. The impact on the ultimate solution has been researched. It was shown that using...
-
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...
-
Modyfikacja wariantów sukcesji w ewolucyjnej metodzie planowania ścieżki przejścia
PublicationW pracy analizowano wpływ sukcesji na kształtowanie nacisku selektywnego w ewolucyjnej metodzie planowania ścieżek przejść. Opisano metody sukcesji oraz przedstawiono pojęcie nacisku selektywnego. Zrealizowano badania dla 4 rodzajów algorytmów ewolucyjnych, w każdym przypadku stosując inną metodę sukcesji. Przeprowadzono symulację, uwzględniając liczbę wymienianych osobników oraz różne metody zastępowania. Otrzymane rezultaty pozwalają...
-
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...
-
Zastosowanie wielopopulacyjnego algorytmu ewolucyjnego do problemu wyznaczania ścieżki przejścia
PublicationArtykuł przedstawia zastosowanie wielopopulacyjnego algorytmu ewolucyjnego do wyznaczania ścieżki przejścia. Zastosowany algorytm oparty jest na modelu z częściowo wymienianą populacją oraz migracją między niezależnie ewoluującymi populacjami. W pracy porównano działanie algorytmu wielopopulacyjnego z jednopopulacyjnym oraz zbadano wpływ poszczególnych parametrów na jakość uzyskanego rozwiązania. Wykazano, że zastosowanie kilku...
Year 2012
-
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...
-
Automation of ship and control
PublicationSummaryThe article presents the problem of automation of ship and control. This paper will discuss the basic tasks of the track ship control, collision avoidance and automatic dynamic positioning. The following subjects will be presented: the general structure of the ship's control, methods and control algorithms for the above mentioned tasks..StreszczenieArtykuł przedstawia zagadnienia automatyzacji i sterowania statkiem. W pracy...
-
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...
-
Extinction Event Concepts for the Evolutionary Algorithms
PublicationThe main goal of this present paper is to propose a structure for a tool helping to determine how algorithm would react in a real live application, by checking it's adaptive capabilities in an extreme situation. Also a different idea of an additional genetic operator is being presented. As Genetic Algorithms are directly inspired by evolution, extinction events, which are elementary in our planet's development history, became...
-
Krzyżowanie uśredniające w ewolucyjnej metodzie planowania ścieżki przejścia w zastosowaniu do problemu unikania kolizji na morzu
PublicationArtykuł przedstawia zastosowanie operatora krzyżowania uśredniającego do wyznaczania ścieżki przejścia przy użyciu algorytmu ewolucyjnego w zastosowaniu do unikania kolizji na morzu. Krzyżowanie uśredniające zapewnia rozszerzenie zbioru rozwiązań możliwych do uzyskania w porównaniu z wariantem krzyżowania wymieniającego. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowany wariant krzyżowania pozwala na uniezależnienie wyników symulacji...
-
Mean Crossover in evolutionary path planning method for maritime collision avoidance
PublicationAbstract: This paper presents the use of mean crossover genetic operator for path planning using evolutionary algorithm for collision avoidance on sea. Mean crossover ensures widening of the possible solutions' set that can be achieved in comparison to exchange crossover variant. The research shown, that the mean crossover allows to achieve results independent from the initial generation and quicker transition of thealgorithm from...
-
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...
-
Układ sterowania pracą próżniowego kolektora słonecznego do grzania powietrza
PublicationZastąpienie w kolektorze słonecznym medium ogrzewanego z wody na powietrze pozwala na uzyskanie wysokiej temperatury powietrza wewnątrz kolektora oraz poprzez pominięcie czynnika pośredniego na zwiększenie wydajności kolektora. Dzięki temu możliwy jest ciągły obieg powietrza bez konieczności oczekiwania na podgrzanie, co ma miejsce przy podgrzewaniu wody. Rozwiązanie takie może być stosowane do grzania pomieszczeń w miesiącach...
-
Właściwości i sterowanie próżniowego kolektora słonecznego do grzania poowietrza
PublicationZastąpienie w kolektorze słonecznym medium ogrzewanego z wody na powietrze pozwala na uzyskanie wysokiej temperatury powietrza wewnątrz kolektora oraz poprzez pominięcie czynnika pośredniego na zwiększenie wydajności kolektora. Dzięki temu możliwy jest ciągły obieg powietrza bez konieczności oczekiwania na podgrzanie, co ma miejsce przy podgrzewaniu wody. Rozwiązanie takie może być stosowane do grzania pomieszczeń w miesiącach...
-
Zastosowanie krzyżowania uśredniającego do ewolucyjnej metody wyznaczania ścieżki przejścia na morzu
PublicationArtykuł przedstawia modyfikację operatora krzyżowanie w algorytmie ewolucyjnym dedykowanym do rozwiązywania problemu wyznaczania ścieżki przejścia na morzu. Zastosowany operator krzyżowania uśredniającego zmniejsza wrażliwość algorytmu na postać populacji początkowej oraz pozwala na rozszerzenie zbioru rozwiązań możliwych do uzyskania w porównaniu z wariantem krzyżowania wymieniającego. W artykule wykazano, że zastosowane rozwiązanie...
Year 2011
-
Badanie właściwości eksploatacyjnych próżniowego kolektora słonecznego do grzania powietrza
Publication -
Comparison of Selection Schemes in Evolutionary Method of Path Planning
PublicationThis article compares an impact of using various selection schemes on the quality of the solution for the problem of planning the path for a moving object using the evolutionary method. In study case problem of avoiding collisions at sea is analyzed. The modelled environment includes static constraints (lands, canals, etc.) and dynamic objects (moving ships). Article analyses behaviour of selection schemes in two similar environments...
-
Computerized control and protection systems in technical objects and installations = Komputerowe systemy sterowania i zabezpieczeń w obiektach oraz instalacjach technicznych
PublicationArtykuł przedstawia zagadnienia dotyczące systemów komputerowych sterowania i układów automatyki bezpieczeństwa. Rozwój automatyki i informatyki na przestrzeni ostatnich lat wymusił wprowadzenie szeregu nowych rozwiązań technicznych, dotyczących procesów sterowania i kontroli instalacji technicznych. Dąży się do automatyzacji kompleksowej instalacji technicznych, rozumianej, jako możliwość sterowania wszystkimi układami i urządzeniami...
-
Experimental research on evolutionary path planning algorithm with fitness function scaling for collision scenarios
PublicationThis article presents typical ship collision scenarios, simulated using the evolutionary path planning system and analyses the impact of the fitness function scaling on the quality of the solution. The function scaling decreases the selective pressure, which facilitates leaving the local optimum in the calculation process and further exploration of the solution space. The performed investigations have proved that the use of scaling...
-
Liniowe skalowanie funkcji przystosowania w ewolucyjnej metodzie planowania ścieżek przejść
PublicationW pracy analizowano wpływ skalowania funkcji przystosowania na jakość rozwiązania problemu planowania ścieżki przejścia obiektu ruchomego metodą ewolucyjną. Opisano metody skalowania funkcji przystosowania, ze szczególnym uwzględnieniem skalowania liniowego i jego wpływu na nacisk selektywny. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie skalowania w ewolucyjnej metodzie poszukiwania ścieżek przejść pozwala w fazie eksploracji...
seen 3197 times