Hybrid Observers for Autonomous Surface Vessels Experiencing Varying Operational Conditions

Denne masteroppgaven tar for seg bruk av hybrid kontrollteori for å forbedre observer-ytelse i transienter på grunn av varierende operasjonelle forhold for marine overflatefartøy. Oppgaven begynner med litteraturstudie om de fremtidige autonome overflatefartøyene. Videre følger undersøkelse av hybrid kontrollteori, som knyttes sammen med utviklingen av autonome marine kontrollsystemer. Hybridkontroll muliggjør operasjoner i tøffere miljøer, mer komplekse operasjoner, økt sikkerhet og reduserte kostnader. Videre blir hybride observere forklart og presentert. Konseptet til observerene som undersøkes i denne masteroppgaven presenteres. Oppgaven undersøker dagens alternativer og forskning gjort på temaet hånderting av transienter av observere. I tillegg forklares observerenes bias-mekanismer for å muliggjøre en tilpasset implementering av bias-last avhengig av de operasjonelle forholdene. Ettersom observerene ikke inkluderer en presis simuleringsmodell, men snarere en forenklet versjon, må observeren inneholde en passende bias-last som tar hensyn til ikke-modellert dynamikk og last. Som en fortsettelse av litteraturstudiet presenterer oppgaven fem forskjellige testscenarier hvor fartøyet utsettes for transiter på grunn av varierende operasjonelle forhold. Hver test blir først undersøkt i simuleringsmodellen Marine Kybernetikk Simulator (MCSim). I tillegg blir det gjort en utvidelse av simuleringsmodellen MCSim, for å gjøre det mulig å ha varierende sjøtilstander og varierende fremover-hastigheter. Deretter blir testene utført på Marine Kybernetikk Labratoriet (MCLab) ved Institutt for Marin Teknikk (IMT), NTNU. Etter testene blir observerens ytelse evaluert ved hjelp av en kostfunksjon. Oppgaven konkluderer med at forbedringen av håndtering av transienter er signifikant i alle tilfeller av transienter. Forbedringene var tydelige fra både simuleringer og laboratorieeksperiementer. I tillegg er det gitt en begrunnelse for hvilken observer som gjør seg best i de forskjellige operasjonelle forhold, og dermed for hvilke fartøy det kan være hensiktsmessig å bruke disse observerene.