Jūriniame intermodaliniame terminale naudojamų išmaniųjų krovos technologijų kūrimas ir tyrimas

Abstract

Disertacijoje sumanaus krantinės krano nauja samprata yra tiesiogiai siejama su išmanaus konteinerio ir autonominio konteinerių vežėjo koncepcijų diegimu uostuose. Autonominio uosto vizijoje, artėjant krantinės krano griebtuvui prie konteinerio, radijo dažnio atpažinimo (RDA) technologija užkoduota informacija apie krovinio atsparumą perkrovai privalės būti tiesiogiai perduodama kranto valdymo sistemai. Apdoroti duomenys leis generuoti kiekvienam konteineriui individualizuotus sparčius ir saugius perkrovos režimus, atsižvelgiant į vėjo ir laivo sukeltus svyravimus ir t. t. Didžiųjų krantinės kranų griebtuvo įvairiakrypčius svyravimus slopinančios sumaniosios valdymo sistemos sukūrimas tampa vienu iš pagrindinių disertacijos uždavinių. Toks intelektinio transporto uždavinys yra sprendžiamas sukuriant krantinės krano laboratorinį prototipą ir jam pritaikytus matematinius ir valdymo sistemą imituojančius modelius, praktikoje taikant profilinį valdymą, realizuojamą proporciniu (P), integruojančiu (I) ir diferencijuojančiu (D) valdikliu (PID). Pabrėžtina, kad taikant PID valdiklį sistemose, kuriose pagrindinis transportuojamas objektas – konteineris kuris kabo ant ilgų lynų, gaunamos nemažos paklaidos. Disertacijoje sukurta virtuali sistemos skaitinio modeliavimo aplinka, kurios rezultatai patikrinti eksperimentu, tam panaudojant suprojektuotą ir pagamintą realaus krantinės krano laboratorinį prototipą. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų sąrašai bei santrauka anglų kalba. Įvade aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Pirmasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Aptarti žinomi konteinerio perkrovos laivas–krantinė matematiniai modeliai ir jais grindžiami sistemos valdymo algoritmai. Antrajame skyriuje aprašomi krantinės krano kėlimo mechanizmo matematiniai modeliai bei pateikiama diferencinių lygčių sistema skirta krantinės krano kėlimo mechanizmo ir griebtuvo su kroviniu sukeliamų svyravimų skaitiniam modeliavimui ir įtakos krovai vertinimui. Trečiajame skyriuje, apibendrinus virtualaus modeliavimo išvadas, projektuojamas ir sukuriamas krantinės krano laboratorinis prototipas valdymo algoritmų eksperimentams tyrimams atlikti. Taip pat aprašomas sukurtas valdymo algoritmas su svyravimų kompensavimo grandimi. Disertacija baigiama tyrimą apibendrinančiomis išvadomis. Disertacijos tema paskelbta 11 straipsnių: vienas – straipsnių rinkinyje, įtrauktame į Thomson ISI sąrašą, du – tarptautiniuose recenzuojamuose mokslo leidiniuose, 8 Lietuvoje bei kitose šalyse vykusių konferencijų leidiniuose.

The new smart quay crane new concept is directly related to the intelligent container and autonomous container carrier concepts. In a vision of autonomous port, while the quay crane spreader approaches to the container at the ship, information about container and cargo resistance must be passed directly to the supercomputers of carrier using radio frequency identification (RFID) technology. Obtained data processing will allow to generate customized fastest and safest specific handling mode for each container, depending on causes of wind, swinging caused by ship movement and etc. The main objectives of the thesis becomes dependency to reduce container sway at quay cranes, by developing the intelligent control system. The intelligent transport problem is solved by developing a quay crane laboratory scaled prototype and adapted mathematical and control system models, using the motion profile based control algorithm implemented with proportional (P), integrative (I) and differentiating (D) controller (PID controller). It should be noted that the PID controller systems were container is the main handling object, which hang on spreader suspended with long ropes, generates significant errors. Dissertation includes developing of a numerical modelling environment for the new system, which results are verified by an experiment, using designed and constructed real-quay crane laboratory prototype. The dissertation consists of an introduction, three chapters, general conclusions, references, list of author’s publications and summary. The introduction chapter reveals the investigated problem, describing the object of research aim and tasks, describes the research methodology, scientific novelty, the practical significance of the results, defended statements. The first chapter is devoted to a review of the literature. The most researched quay crane mathematical models and its control algorithms for transportation “ship-to-shore” are discussed. The second chapter describes the mathematical modeling task of quay crane spreader with lifting mechanism and presents a system of differential equations for quay crane is created that takes into account the fluctuations and dynamic properties which affect cargo overload evaluation. The third chapter summarize the findings from virtual simulation, from the designed and created quay crane experimental laboratory prototype with developed control algorithms. Also the control algorithm with sway compensation subsystem are presented. Experimental studies are discussed. The dissertation concludes with general conclusions. There are 11 articles published on dissertation topic – one article included in the Thomson ISI list, two – in international peer-reviewed scientific journals, 8 at issues of national and international conferences.