Faglig innhold

Matematisk modellering og simulering av fartøybevegelse i 6 frihetsgrader. Dette inkluderer modellering av skip, flytende plattformer, fly, autonome undervannsfarkoster (AUV) og ubemannede fly (UAV). Introduksjon til aerodynamikk, hydrodynamikk og sjøbelastninger samt modellering av miljøkrefter (bølger, havstrømmer og vind). Kinematikk (Euler-vinkler og kvaternioner),transformasjoner, rotasjonsmatriser, geografiske og skrogfaste koordinatsystemer, stivt-legeme dynamikk og vektoriell mekanikk.

Metoder for konstruksjon og implementering av gaidings-, navigasjons- og styresystemer (GNC) for fartøy i luft og vann. Dette inkluderer simulering og testing av styresystemer med feil under varierende påvirkning av miljøkrefter. Fokus er plassert på klassiske gaidingsprinsipper inkludert siktelinjemetoden og baneplanlegging. Anvendt reguleringsteknikk inkludert lineær-kvadratisk optimalregulering med tilstandsestimering (Kalman filter), ulineær estimatorer, PID styresystemer med utvidelse til ulineære systemer, Lyapunov methoder, glideflate regulering, linearisering ved tilbakekobling, ulineære metoder basert på rekursiv Lyapunov-analyse og passivitetsbaserte metoder. Autopilot design, dynamisk posisjonering, attitydestabilisering, rulldemping, høyde- og dybdestyringssystemer, vibrasjonsdemping, sensor- og navigasjonssystemer samt bølgefiltrering. Estimatorer for integrasjon av globale satelittnavigasjonssystemer (GNSS) og treghetssensorer (gyroer og aksellerometer).

Læringsutbytte

Kunnskap:
Inngående kunnskap om gaidings-, navigasjons- og styresystemer for marine fartøy, fly og ubemannede farkoster (AUV og UAV systemer). Være i stand til å lese samt forstå metoder publisert i litteraturen samt evaluere og sammenligne disse mot metoder som brukes i praktiske systemer.

Ferdighet:
Konstruksjon og analyse av styringssystemer for skip, havkonstruksjoner, undervannsfartøyer, fly og ubemannede farkoster. Være i stand til å simulere fartøybevegelse og reguleringssystemer for fartøyer utsatt for vind-, strøm- og bølgekrefter. Selvstendig gjennomføre mindre utviklingsprosjekter og bidra aktivt i større prosjekter.

Generell kompetanse:
Kommunisere om faglige problemstillinger både med spesialister og allmennheten.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger, dataøviner og frivillige regneoppgaver. Dataøvingene programmeres i Matlab/Simulink og målet er å simulere og teste egne utviklede bevegelsestyringssystemer.

Obligatoriske aktiviteter

• Øvinger
• Dataøvinger

Anbefalte forkunnskaper

Kjennskap til ulineære systemer (Lyapunov-analyse) f.eks. TTK4150 Ulineære systemer (kapittel 4 i H. K. Khalil, Nonlinear Systems, 3rd ed., Prentice Hall, 2002).

Forkunnskapskrav

TTK4115 Lineær systemteori og TTK4105 Reguleringsteknikk eller tilsvarende. Det er nødvendig å ha kjennskap til Kalman filtrering og Lyapunov stabilitetsteori (for eksempel kapittel 4 in "Nonlinear Systems" by Hassan K. Khalil, Prentice Hall, 2002).

Kursmateriell

(1) Fossen, T. I. Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control. John Wiley & Sons, Ltd, 2011. (2) Beard, R. W. and T. W. McLain. Small Unmanned Aircraft. Theory and Practice. Princeton University Press, 2012.

Studiepoengreduksjon