TMR4243 Marine reguleringssystemer II

Ved avslutning av faget skal studenten vere i stand til å:

• Skissere den typiske topologien for eit tilbakekobla kontrollsystem og oversette kvar komponent og sammenkoblinger til eit sett av ordinære differensiallikninger.
• Diskutere eigenskaper for løysinger av tidsinvariante og tidsvariante ordinære differensiallikninger.
• Karakterisere lokale, globale, uniforme, og asymptotiske stabilitetsegenskaper til ulineære system ved hjelp av Lyapunov og relaterte teoremer.
• Diskutere dei vanlegaste reguleringsformål, definere konseptet "Control Lyapunov Function" (CLF), og anvende ein CLF-basert metodikk for å utforme ein reguleringsalgoritme i samsvar med ein spesifisert problemerklæring.
• Relatere begrensa forstyrrelser til "input-to-state stability" (ISS) for eit ulineært system og konvertere dette til ekvivalente beskrankinger for Lyapunov funksjonen.
• Diskutere trygghet i ein tilstandsrommodell, definere konseptet "Control Barrier Function" (CBF), og anvende ein CBF-basert metodikk til å utforme trygge regulatorer.
• Forklare forskjellen mellom minimum fase og ikkje-minimum fase systemer, kva nulldynamikk er, og rekne ut relativ grad for eit ulineært system.
• Forklare konseptet uniform komplett observerbarhet, demonstrere design av ein Luenberger observer for eit lineært system, og forklare separasjonsprinsippet.
• Demonstrere design av (ulineære) tilstandsestimatorer for å fusjonere og filtrere sensor målinger og rekonstruere umålte tilstander, f.eks. hastighetstilstanden for ein marin farkost.
• Demonstrere design av regulatoralgoritmer basert på linearisering ved tilbakekobling, backstepping, og robuste ulineære regulatorer med integraleffekt.
• Formulere eit reguleringsformål som eit manøvreringsproblem og designe ein korresponderande manøvreringsregulator.
• Nytte ulineær reguleringsteori og relevante regulator og observer designmetoder for å utvikle eit Dynamisk Posisjonering kontrollsystem for eit modellskip, inkludert trustallokering, joystick-styring, DP tilstandsestimator, DP regulator, og ein guidance funksjonalitet.
• Forklare konsept relatert til autonome skip som navigerer i marin trafikk
• Gjennomføre labarbeid som eit gruppesamarbeid; utlede teoretiske løysinger på praktiske marine reguleringsproblem, implementere algoritmene i eit virkelig kontrollsystem, utføre simuleringer og laboratorietesting, og rapportere resultatene i ein prosjektrapport med ein tydelig og konsis framstilling av reguleringsproblem, regulatordesign, og resulterande (lukka sløyfe) ytelse
• Opprettholde personlig integritet ved å gjennomføre akademiske studier og skriftlege arbeider på ein ærleg og etisk måte, uten noko form for plagiering eller upassande oppførsel i arbeidsoppgaver, prosjekter, og eksamineringer.

Emnet følger i serie med TMR4240 Marine regulerinssystemer I.

Faget krever bakgrunn i eit fag innen fundamental reguleringsteknikk, typisk TTK4105 Reguleringsteknikk (eller tilsvarande).

Påkrevde forutsetninger:

• TTK4105 Reguleringsteknikk (eller tilsvarande)

Lærebøker:

• Khalil, H. K. (2015). Nonlinear Control, Global edition, Pearson Education Ltd, England.
• Alternativt den meir omfattande "Nonlinear Systems" av H.K. Khalil, 3rd ed. Prentice Hall, 2002.

Annet: Forelesningsnotater, digitale forelesningsvideoer, og utvalgte artikler, rapporter, og avhandlinger som blir delt.

Det gjennomføres som felles forelesninger, øvinger, og eit prosjekt for å realisere teoretiske metoder til praksis. Emnet inngår også i et MSc-program for utenlandske studenter, slik at undervisning vil foregå på engelsk ved behov. Alt fagmatriell er på engelsk.

Emnet vil inkludere øvinger og, hvis lab-ressurser er tilstrekkeleg, praktiske laboratoriesamlinger basert på Dynamisk Posisjonering, som eit reguleringsteknisk case studium basert på ROS2, i Marine Cybernetics Lab (MC-Lab) for eit frittflytande modellskip - vi kaller det DP-lab'en. Dette er eit gruppearbeid som fortsetter DP prosjektet i TMR4240, der studentane vil jobbe vidare med DP kontrollproblem som ender opp med ein labaktivitet for å opparbeide ferdigheter med beste praksis implementasjon av eit sanntids-kontrollsystem. Alternativet viss fysisk lab ikkje lar seg gjennomføre, er eit simuleringsbasert prosjektarbeid.

Prosjektarbeidet skal resultere i ein prosjektrapport og -presentasjon som vil telle som delvurdering i endeleg karakter.