DİNAMİK KONUMLANDIRMA TEKNOLOJİLERİ

DİNAMİK KONUMLANDIRMA TEKNOLOJİLERİ

Gemilerin ağır deniz koşullarında belirlenen rotayı takip etmeleri veya bulundukları konumu korumaları oldukça zordur. Dinamik konumlandırma sistemleri (DKS), deniz araçlarında gelişmiş konumlandırma ve kontrol sistem teknolojileri ile platformun kendi iticilerini ve pervanelerini kullanarak konumunu ve rotasını koruyabilmesini sağlar.

Su üstü platformlarında konum ve çevre durumu bilgilerini sağlayan sistemlerden veriler alınarak filtreleme işlemi uygulanır ve kontrol sistemine gönderilir. Kontrol sistemi çıktısı gerekli komutlar su üstü platformundaki pervanelere ve iticilere aktarılır. Bu döngü geminin operasyonu devam ettiği sürece değişen çevre koşullarına bağlı olarak çalışır.

Su üstü platformunda bulunan manevra ve sevk sistemlerini kontrol ederek hareket kabiliyetini arttırmak ve dinamik konumlandırma (DK) işlevini yerine getirebilmek üzere Dinamik Konumlandırma Sistemi (DKS) gelişitirilmiştir. Geliştirme aşamasında hidrodinamik ve deniz alanı tecrübesi gerektiren konularda İstanbul Teknik Üniversitesi ile birlikte şu çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

• Tahrik Sistemi Konfigürasyon Belirleme Çalışması: Platformda yer alacak sevk ve manevra sistemlerinin platforma yerleştirme noktalarının ve platformun çalışma koşullarına bağlı olarak da sevk sistemlerinin gücünün belirlenmesi,

• Su Üstü Platformlar İçin Matematik Modeli Geliştirme Çalışması: Platformun rüzgâr, dalga ve akıntı gibi bozucu etkilere maruz kaldığındaki hızının, ivmesinin ve konumunun kestirilmesi için matematik modelinin çıkartılması,

• Su Üstü Platformlar İçin Hareket Kontrol Çalışması: Platformda itici ve dümen sistemlerine uygulanması gereken kontrol çıktılarının belirlenmesi.

• Tahrik Sistemi Konfigürasyon Belirleme Çalışması: Çalışmanın amacı DKS’ye sahip bir su üstü platformunun operasyonel isterleri yerine getirebilmesi için gerekli tahrik konfigürasyonunun belirlenmesidir. DK işlevini yerine getirecek su platformunun ön dizaynı için önemli olan DK tahrik sistemleri, bu sistemleri oluşturan bileşenler, bu bileşenlerin platforma özel güç ihtiyacının belirlenmesi ve platforma yerleşimi hakkında çalışma gerçekleştirilmiştir.

• DKS’ye sahip bu deniz araçlarında, tahrik sistemi konfigürasyonunun kestirimini yapabilmek için öncelikle tahrik sistemi konfigürasyonuna etki eden deniz aracının özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu amaçla bir veri tabanı hazırlanmıştır.

• Veri tabanı, bilgileri elde edilen 12 değişik tipteki deniz aracının, genel bilgilerini, ana boyutlarını ve özelliklerini, makine ve tahrik sistemi özelliklerini ve DKS sisteminin bilgilerini içermektedir.

• DK tahrik sistemi konfigürasyon belirleme çalışmasında makine öğrenme yöntemi kullanılmıştır.

• Veritabanında yer alan platforma ait parametreler kullanılarak eğitilen algoritma daha sonra platform girdilerini kullanarak ana makine gücü, itici gücü, itici tipi, itici sayısı ve iticilerin gemi üzerindeki kabaca yerleşimi hakkında bilgi sağlamaktadır.

• Su Üstü Platform Matematik Modeli: Çalışmanın amacı, rüzgar, dalga ve akıntı etkileri altındaki bir su üstü platformunun davranışını temsil eden altı ve üç serbestlik dereceli hareket denklemlerini, itici ve pervanelerin etkilerini içerecek şekilde elde etmektir. DK sistemi geminin rüzgar, dalga ve akıntı etkileri altında sürüklenmesini engellemeye çalışacağı için bu sürüklenmeye neden olan boyuna öteleme (surge), yanal öteleme (sway) ve savrulma (yaw) hareketlerinden oluşan üç serbestlik bir hareket denklem setinin oluşturulması ve çözülmesi yeterlidir. Diğer üç hareket, dalıp çıkma (heave), baş-kıç vurma (pitch) ve yalpa (roll) geri getirme kuvvetine (restoring forces) sahip olduğundan geminin ağırlık merkezine göre salınım yapmasından kaynaklanır ve geminin sürüklenmesine yol açmamaktadır. Kullanılan matematik modellerin kapsamı kadar önemli olan, manevra denklemlerindeki hidrodinamik katsayıların (manevra türevlerinin) elde edilmesidir. Bu katsayıların elde edilmesi için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi yapılmıştır. Ayrıca İTÜ Ata Nutku Havuzu’nda örnek platformun fiziksel modeline çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Testler sonucu elde edilen değerler ile HAD analizi çıktıları karşılaştırılmış ve uyumlu olduğu değerlendirilmiştir. İtici ve pervane modellemesi ile birlikte su üstü platformunun matematik modeli oluşturulmuştur.

Su Üstü Platformu için Hareket Kontrol Algoritması: Çalışmanın amacı DK sistemleri için platformun çalışma koşullarına, platformun kendi durumuna ve kullanıcının isteklerini de gözeterek kontrolör geliştirilmesidir.

DK kontrol sistemlerinde dinamik konumlandırma ve otopilot kontrolör yapısı olarak temelde 2 farklı mod kontrolör kullanılmaktadır. Gemi dinamikleri çalışma koşullarına bağlı olarak (rüzgar, yörünge takibi, konumlandırma) değişeceğinden farklı operasyon ve çevresel koşulları için farklı kontrolör yapıların tasarlanması ve uygulanması gerekmektedir. Bu bağlamda, melez bir kontrolör yapısının DK sistemleri için daha uygulanabilir olduğu değerlendirilmiştir. Bu yüksek seviye kontrolör yapısının üreteceği kontrol işaretleri daha sonra bir itici tahsis algoritması aracılığıyla iticilere aktarılmaktadır. İtici tahsis algoritmaları enerji verimliği ve donanımsal kısıtları (itici yerleşimleri ve güçleri) göz önüne alan bir amaç fonksiyonunu çözmektedir.

ASELSAN ve İTÜ işbirliğiyle gerçekleştirilen iki yıllık çalışmanın sonunda su üstü platformlarında hassas hareket kontrol yeteneği için “Su Üstü Platformları için Matematik Modeli”, “Su Üstü Platformları için Hareket Kontrol Algoritması” ve “Tahrik Sistemi Konfigürasyon Belirleme Algoritması” olmak üzere proje kapsamında amaçlanan teknoloji kazanımlarına ulaşılmıştır.

Geminin konumunu hassas bir şekilde koruması ya da istenilen hareketi hata olmadan yapabilmesi için gerekli olan DK, deniz araçlarının otonom olabilmesi için gerekli en önemli yetenek olarak değerlendirilmektedir.