Estrategias de control para estabilización de navíos

Abstract

Este trabajo resume la modelación del movimiento del barco, los principales dispositivos y esquemas de control utilizados en la estabilización de navíos. Entre los dispositivos se incluye las superficies de control como timón (rudder), aletas (fins) y tanques anti-roll tipo U (anti-roll U-tank). Se presenta las forma de evaluar los efectos del movimiento producido por el oleaje a través del índice de mareo MSI que relaciona las aceleraciones y frecuencias del movimiento vertical con el porcentaje de personas que vomita tras un determinado tiempo de exposición, también se presenta el índice de interrupciones MII que relaciona la fuerza lateral con el número de veces que esta causa deslizarse, pérdida de equilibrio o distracción. Se implementa un algoritmo MPC (Model Predictive Control) específicamente un control basado en optimización cuadrática con restricciones que permite ser utilizado tanto para la amortiguación del balanceo mediante el timón y/o aletas. Se muestran los resultados comparativos entre las distintas configuraciones evaluando sus desempeños en modelos desarrollados en Simulink de Matlab®. Entre estas configuraciones están: el uso sólo de timón, el uso de aletas, el uso de tanques anti-balanceo tipo U pasivos y el uso de timón junto a aletas móviles. Se desarrolla un modelo de realidad virtual para visualizar tanto las acciones de control como sus efectos en un una animación en 3D. Los principales resultados de este trabajo son el simulador como una herramienta para evaluar los principales dispositivos utilizados para la amortiguación del balanceo, una comparación entre éstos permite conocer las capacidades o eficiencia de cada uno. En la implementación del control MPC de la manera presentada permite ser utilizado en distintas configuraciones (estabilización por el timón, por aletas o timón y aletas) sin modificaciones en el algoritmo. Por último el uso de un observador con la inclusión de un bias en el ángulo de guiñada (desvío de la proa del buque hacia un lado u otro del rumbo en que se navega), permitió una observación de los estados con buenos resultados filtrando el ruido presente debido al oleaje