Onderzoek naar de regeltechnische aspekten van het gedrag van de roerganger van een super tanker

(1)

TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT

LABORATORIUM VOOR

WERKTUIGKUNDIGE MEET- EN REGELTECHNIEK

Totaal aantal pagina's: ₄₇

Schrijver:

_{W. VLDHYN.}

Titel: _{ONDERZ:EK NAAI}

1)E REGLTCHNICH

A ?KTEN VAN HET CEDRG VAN TJ. QE

CANG1R VAN :UPERTANKE.

Rapport nr.:

Datum:

April 1771

Samenvatting:

in vl

va1len kan met behuip van een heschrivende funktie

model het gedrag van de mens in een esloten

regi<eten goed.

beschreven

worden.

Voor het onderzoek naar de regeltechnische

aspékten van het gedrag van de roerganger var. een supertaner

is in eerste instantie uitgec-aan van zo'n model: _het

"Cross-Over Model" van McRuer e.a. en korte beschr.jving van de

theorie van dit model wordt l'ier _-regeven.

Voor het onderzoek is gebruik

_{emaakt van een}

manoeuvreer-simulator. Beschreven wordt de analüge _{schak1inr; voor de}

staring van de simulator erl de berekening _{Van een} testig-naal, ie oe uitweidige storingen simuleert.

Tenslotte worden

ae eerste resultaten van

enkele proev2n

(2)

INHOUD

Opdracht biz. ₃

Inleiding ₅

IKorte beschrving van de theorie van

het "Cros-L ver Model" 6

Beschrjving van het iode1 voor. het dynamische

gedrag van hot schip ₁₃

De realisering van het dynamische gedrag van

het schip m.h.v. de analoge bouwdoos 16

Het testignaa1 ₂₇

Beschriving van de inleidende provn ₅₅

6. esu1taten en konklusies ₃₉

;erder onderzoek ₄₅

(3)

ONDERZOEKOPDRACHT VOOR DE HR W. VELDHUYZEN, GEVERSSTRAAT 77, OEGSTGEEST.

Onderzoek naar de reqeltechnische aspekten van het

gedr van de roerganqer hil zeeschepen.

0m de bestuurbaarheid van een schip te kunnen beoordelen

is het o.a. van belang over qegevens te beschikken

omtrent de regeltechnische eigenschaDpen

_{van de roerqancer.}

De manoeuvreersimulator van TNO-Iweco biedt de moqelijkheid

orn hiernaar een onderzoek in te stellen. _{De dynamica van een}

bepaald scheepstype kan hierbij

_{op een analoae rekenmachine}

gesimuleerd worden. _{De uitwendire storingen, welke het effekt}

van wind en water (golven en stromingen)

_{weeraeven, kunnen}

worden qesimuleerd met eer. testsignaal dat bestaat uit de

sam van een aantal sinussen van verschillende _frekwenties.

Tijdens een proef worden in- en uitganassiqnaal

_{van de mens}

gemeten en toegevoerd aan een diqitale

_{rekenmachine.} _Deze

berekent in een z.q."beschrijvende funktie"model

_{in de zin}

van McRuer _{de waarden van de modelparameters} _{die volgens}

een geqeven kriterium het verschil tussen de

_{uitqanassiqnalen}

van mens en model minimaal maken bil een qelijk inianqssignaal.

Ten einde een zuivere schatting

_{van de parameters te kriiaen,}

worden alleen die komponenten

_{van de signalen beschouwd die}

door het testsignaal worden qeintroduceerd.

Bijgaand blokschema qeeft _{een overzicht van de benodigde}

proefopstellinq met aarin:

flher

modeL

gLe

kcky

pornsers

no.Ioe rQeY1ni.'

ceu.1eerd

1 Ees4

-SflQ

r 1' roer-9c1ner

Str

QflA

-jv) m\OeAvreer S' Y\ L&lO.or

(4)

1 *

de manoeuvreersimulator (TNO-Iweco)

de analoge rekenmachine Ci 175 (Lab. y. Werkt.

Meet- en Regeltechn.)

de diaitale rekenmachine PDP8 (Lab. y. Werkt.

Meet- en Regeltechniek)

testsignaal: speciale generator of PDPB (L.v.W.M en R)

Voor de koppelinq van de simulator met de rekenmachines zal

een verbindina tot stand gebracht worden.

Van U wordt gevraaqd:

1. De keuze van een testsignaal aan de hand van qeaevens

over

de werkelijk optredende storincîen en de dvnamica van

het schip (afd. Scheepsbouwkunde)

de rnogelijkheden tot realiserina (L.v.W.M en R)

de beschrijvincr van het qedracT van de rnenselijke

reqelaar in het alaemeen

2. Het realiseren van het model van het dynamisch qedraa

van het schip op de analoge rekenmachine

3. Het doen van een serie proevenmet een aantal

Droefper-sonen voor enkele scheepstypen.

Voor de "on-line"

verwerkina van de meetqeqevens op de digitale rekenmachine

kan gebruik gemaakt worden van aanwezige proqramma's

4. Net aan de hand van de literatuur intepreteren van de

meetresultaten en op grond hiervan komen tot een voorstel

voor eventueel verder onderzoek.

De daqelijkse gano van zaken berust voor wat betreft:

de scheepsbouwurdicTe aspekten bij Ir. C.C. Glansdorp

de rec7eltechnische aspekten bu

Ir. A. van Lunteren.

Van U wordt verwacht dat U aan d

werkbesprekinaen van de

Werkgroep MNIS van bet Lab. 'îoor WeLktuickundige ?1eet

en

Regeltechniek deelneemt.

Deze woren elke woensdaq orn

± 15.00 uur qehouden op de karer

an

r.ir.

1.G. Stassen.

Deift, 21 seotembr 19V'.

Prof.ir. J. Gerritsma.

Dr.ir. H.C. Stassc

Liter atuur:

i

McRuer, D.T. and Jex, H.R.: A Review of Quasi-Linear

Pilot Models. IEEE Trans. on Human Factors in Electronics.

Vol. HFE 8, nr. 3, Sept. 1967, op. 231-249.

f.ir. R.G. Boiten

Prof.ir. J. Gerritsrna

Ir. A. van Lunteren

C.C. Glansdorp

Dr.ir. H.G. Stassen

Ir. J.B. v.d. Brug

(5)

-5-INL}IING.

Gedurende de laatste jaren is er een toenemende

belang-stelling van de wetenschap voor de bes turing van schepen.

In bet bjzonder geldt

it voor supertankers. Dit soort

sche-pen heeft een grote blokkofficint en een verhouding tussen

lengte en breedte, die klein is, met als gevoig een

aanzien-lUke verandering van stuur- en manvrcereigenschappen t.o.v.

konventionele sche pen.

Door Prof. Gerritsma wordt in (1)

een overzicht

gegeven van de stand van zaken van het onderzoek op dit

gebied en de daarbij optredende rnoeili,jkheden. BIj het

onder-zoek naar de bestuurbaarheid van schepen zal ook aanaacht

besteed moeten worden aarì de regelaar, die het schip stuurt:

de roerganger of de stuurautomaat. Speciaal bu supertankers,

dïe koersonstabiel kunnen zijn en grote tijdkonstanten hebben,

speelt het probleern van de besturing door de mens

_{een rol.}

Tot op heden is betrekkeli.jk weinig onnerzoek verricht

_naar

het gedrag van de roerganger. Enkele jaren geleden is door

Ir. ituurrnan een serie proeven geduan voor verschillende

koersstabiele scheuen (2)

Het doel van dit onderzoek is het vinden van een relatie

tussen het ingangssignaal en het uitgangssignaal

van de

roerganger

an een koersonstabiel schip. In het bujzonder

zijn wij geinteresseerd in net koershouden. Tot nu toe is

hier-bij

én schip gebruikt. In een later stadium zal het

orider-zoek uitgebreid kurinen worden tot meerdere schepen,

orn ook

de mate van koersonstabiliteit in het onderzoek als

verander-lijke grootheid te betrekken.

(6)

.(JRT: B :JCHRIJVF' JE TT{!'Fl VrN H?T "C

:-ViR r

Voor de betchrving v:n het gedrag van e rnenselijke

rege-laar kan in veel gevallen gebruik gemaakt worden van het werk van o.a. Mcuer. In dit geval is uitgegaan van het z..

"Cross-Over Model" waarvan in

₍₅₎

een uitgebreide beschr.ving gegeven

wordt. In dit versiag zal slechts een korte semenvatting gegeven

w orden.

13i een çegeven niet-lineair systeem kan het uitgangssignaal

verdeeH worden in twee delen: een deel korresponderend met bet uitgangssignaal van een equivalent lineair element en een rest-ruis, meesta.l aangeduid met "remnant". Deze restruis is het

ver-schil tussen de uitgangssir;nalen van het niet-lineaire element en het equivalente lineaire element bU gelijk ingangssignaal.

Je retruis is lirieair ongekorreleerd met het ingangssignaal

(zie fig. i).

nie t-line ir

element

_Ü

-Fig. 1. Kwa:i-linearisatie vn ern nie-itieair element.

On er de nadruk op te leger, dat de beschrjvende funktie van de

mens (equivalent lineair element alleen geldig is in de

station-naire toestand wordt gebruik gemaakt van de fiekwentie perator

(j,' i.p.v. de Laplace operator (s). De beschrijvende funktie kan niet zünder moer gebruikt w3rden orn de responsie van bet

systeem te bepalen bU bv.. een stap±'unktie als ingangssinaal.

Als His) de overbreningsverhouding is van bet door de mens

bstuurde

proces, dan geldt voor de rondaande

overbrengirigs-verhouding ((s H x H ) in de buurt van de freKwentie

waar-o p C

bij HI

= i

(=

de "Cross-ver1rekwentie) vlgens het "Crops-Over

Model" van cfluer.

e ,

ce '

S =

ti =

DC

waarin: - Crot's-(ver frekwentie effektieve looptijd

overbrengingverhouding

van de mens

= ovrbrengiasverhouding

(7)

-7-Jez formule is

bepaald uit

een groat

antal

roefnemingen waarbij voar het proces onder andere de vulgende

overbrengings-verhoudingen ekozen zijn:

k Kr/s

/sZ

Bovenstaande formule

stelt oris

in staat orn rn.b.v. en aantal

insteiregels bij gegven overbrengingsverhouding jc) de

overbrengingsverhouding van d.e mens el jke rege laar te beplen.

Aan ht ingangssinaal moet wel de eis gest id worden, dat het

voor de mpns e»n random signaal lijkt met een Gaussische

amplitude verdelingsdichtheid. Jit onderz'ekingn

van o.'.

Mcuer

₍₃₎

is gelekn dat de

overbrengingsverhouding van de

mens in bijna allr vsllen

te

besch v.n is als:

T+i

P P

T1D

1-waarin:

= statische vrstrin

= 'lead"

tjdKonstart

-

lag" tijdkonstante

= effektiev loopt,d.

In dee formule woraen T en T1 zodsnig door de mens

ge-kozn, dat het hele ssteem de vo].ende eigenschappen hecft:

Het systeem kan geE'tabiliseerd werd n door eco

ge-schikte keuzevan Kr

ever een Eroot írekwontiegebied,

in de

huart v'ui de

Cros::-C'ver frewentie, is de .helling van J

F-I-I in

het Bode-diagram ongeveer - 20 dB, decade.

. B lage frekwenties moet de versterking

>1

orn cèn roede responsie van de gesloten keten te

ver-krjgen op het inangssignaal en orn verstorinen te

onderdrukkennoet HH «1 bj hoge frekwenties

Voor zover rnogeI worden door de ree ' en re

Zadafl'

in-gesteld, dat het geriiddelde

kwadraat

van de

fout geminirnaliseerd

wordt.

(8)

-8-Dit veldt als de hantbreedte

van het ingangsial

())

veel kleiner is den . Zo niet dan worden de hogere

kompopen-ten van het ingangssignaal door de regelaar genegeerd.

De cross-Over frekwentie is zeer str afhankelUk van de vorm

e -eet'7

n het proces maar veci minder afhankUjk van (zie

fi .

2) Als0 en

T de Cross-Over frekwentie ±esp.

de

ef-fektieve loptjd voo(..y O zin,(heide zijn alleen maar

reken-rootheden en kunnen door rniddel van

extrapolatie gevonden worden)

dan kan c bepanid woren

n.b.v. de volgende formules

K/s Tr

2T0

0

De regel i ¿ebaseerd op nta-z

i- bi]teit'kriteria (fre-marge

amplitucie-marc en op het

L) (zc1/s)

verband tusen L) er c.) (fig.2).

fig. 2. De os -

fre-kwexìtie H varierende

en

Voor het verband tussen,

K.

er w

zijn de volgende regel

c'evonden:

Dc Cros3-(vcr frekwentie van t systeem is onafhankelijk

van

Dc Cross-Over treKwentie vtn het syteem veranlert heel

weinip: met de bandbreedte van het ingangssignanl als

L)j< O,BLJc.

Als z even root wordt als 0,8 0V groter, dan word.t

de Cross-Over frekwentie ven]. kleiner dan

Dit laatste ordt Cross-Over regressie g«no*md. De regelaar

reagert dan niet meer op ce komponenten vn het

ingangs-signaal met een hoge frek'wentie.

Voor hot bepalen vrn de grootte van het verchilignaa1 e tussen

(9)

regel evond.en:

-9--2

Uit het felt, dt de veranderin.; van met

vrUwel

onaf-hankeljk is van H (zie fie.

₃₎

is empirisch de v')lgende recel

afgel eid:

T (

T0

In het bovenstaande is de

theo-rie van het "Cross-( ver Model'

gegeven, zoals dat in

₍₃₎

be-schreven is. Door Mc'nuer wordt

in deze publikatie nog eon uit-breiding gegeven op het

Cross-Over Model orn een betere over-eenkomst te verkri.jgen tussen

ge-meten fase verschuivingen, die

met het Cross-. ver Model gevonden

zouden worden in het laag frekwen

fig. ₃

e

effektiv:looi-tie gebied. .:it model (het

"uit-tjd bij varierende i- en gebreide Cross-(ver Model" of

-model) wordt hier verder

niet behandeld. iervoor wordt verwezen naar de publikatie van Mcfluer.

Voor het bepalen van de overbrenginrsverhouding zjn twee

soor-ten methoden be8chikbaar:

l _{Methoden waarbij geen voorkennis omtrent de}

struk-tuur van de ovrbrengingsverhouding vereist is.

2. Methoden waarbij wel eon zekere y orkennis _van

dezo struktuur vereist is.

Tot de erste groep bohoren o.a. 'net bepalen ven sinusen stap responsies en de korrelatie methode, tot de tweede groep de

para-meterschattingsmethoden. IS een hepaalde modelvorm rn.b.v. eon

algeriene methode gevonden dan :unnen deze laatste methoden gebruikt

worden, Voor hot "on-line" vrwerken van de meetresultaten _zUn door

het laboratorium voor werktuigk. meet- en regeltechniek

pror-ram-ma's ontwikke ld voor eon D - rekenmachi rie ierbij worden de

para-meters van 'net model dus tjdens het meten berekend, Het blokschema

van deze procedure is gegeven in fi 1 op blz. 10. Net

uitgans-signaal is opgebouwd it twee delen, zoals boyen beschreven. Je

re't-ruis of remnant is ongekorrelerd met bet ingangssirnal bij een open

(10)

x( t')

filter

-10 mo c ri( t 'ilter :.

1araeters

Fig. 4. blokschema "Parameter schatting in

gesloten keten".

H(s)

Kri

ter juni

(11)

ordtterugkoppeling toegepast, dan geldt niet langer meer dat de remnant ongekorreleerd is met het ingangssignaai, dat

aan de mens aangeboden wordt. 0m toch

rr

zuivere schatting

van de systeem parameters te krijgen, een deterrninistisch

testsignaal gebruikt worden, bestaande uit de som van een aantl sinusen met verschillende frekwenties. Van ingangs-en uitgangesignaal van de mingangs-ens wordingangs-en dan alleingangs-en de

kompo-nenten beschouwd met rekwerties geLjk aan die van de

komponen-ten van het testsignaal. ierme is de betekenis van de

hifiltersu in fig. 4 aangegeven. Ret bepalen van de parameters

gaat als voigt:

Stel (

O ---)

z'jn de mode iparameters. \Toeren we de

vektornotatie in dan kunnen we voor het std parameters O de

(n+l) dimensionale vektor schrven. Vour het

verschil-signaal tusen de uitgangssignalen van de menselijke regelaar en het model veldt:

worden de parameters van de regelaar aangegeven met de vektor

a

, dan is het doel van ue methode orn het y rschil tussen

en zo klein

mogljk

te man. Dus:

-*

, waarin

c onbekend is. Dit kan oereikt worden door gebruik te maken

van een of ander foutenkriterium. Veci van deze kriteria

kunnen worden afreleid van de algernene vorm:

tt

of: r - ci

L (,

) t

le

I

w t

-) cLL

-

T,

-L-T

Hierin geeft q de nvloed weer van de groott.e van de fout

C ,a) .

jLt,-)

is en gewi .htsfuntie orn de invloed van

de tijd me te nemen.

Meestal wordt gebruik gemakt van d.e formules: =

(12)

en

-12-De eis een zekere fout volgens een bepaald kriterium te

mini-maliseren, result ert in ue volgcnde vergefljking:

_

of

Het is nu wenselijk o gebrul te maken

van z..

gevoligheids-funkties. De vektoren van zo'n gevoeliíheith'funktie

(i

worden als voigt gedofinird:

=

M.b.v. dze verf kiflg omen we tens lott tot de vergeliJking:

f-e

Jit

zijn,

indien uit _{schreven, n+l vrelikingen met (nl)}

on-bende parameters

O( _{.Voor het oplossen}

van

_{deze vergeLijkingen}

ziJn verschillende methodes ontwikkeld. Hiervoor wordt naar de

publikaties (4) en(5) verwezen.

(13)

4. BESCHRIJVING VAN HET MODEL VOOR HET DYNAMIr '.;1AQ VAN HET SCHIP.

Voorlopig is het onderzoek beperkt tot n

schip. Van dit

schip, een 220.000 t.d.w. Shell-tanker, geeft tabel I een overzicht van de voorneamste gegevens.

Tabel I. Overzicht van de voornaamste gegevens van 220.000 t.d.w. tanker

Lengte ovr alles _Loa 525.00 n.

Lengte

tussen de loodlijnen L11

310.00 n.

Breedte B 47.16 n. Holte D 24.50 n. Diepgang T 18.86 n. Blokkofficiënt _Cb

0.4l

Prisrnatische

koëffiCiént C _0.847 Verhouding lente-breedte L/B 6.57

Dead weiht .w. 720.000 ton

Met deze tanker ztjn door het Laboratorium voor Scheeps-bouwkunde van de Techn. Hogesehool proeven gedaan. De

resul-taten van deze proefrieiningen zijn gepubliceerd

in (f).

Uit deze

proeven is gebleken, dat in beladen toestand het schip koers-onstabiel is. Fig. 5. ontleend aan deze publikatie toorit de resultaten van de z.. spira1proef. In ballast toestand is

het schip koersstahiel. Uit de

meetresuitaten is een

mathe-matisch model opgesteld voor het gedrag van het schip. Dit

model is eon tweede orde niet lineaire differentiaal

verge-1iking. De verge1iking lijkt op de twe'de orde vergeJJjking

van Nomoto en kan in feite als uitbreiding hiervan gezien worden. Hij geeft het verband tussen de roerhoek (& ), de

roerhoeksnelheid (

S)

en de hoeksnlheid (r) met zjn

af-geleiden naar de tijd

(resp.' en

De vergeL. :ing luidt als voigt:

(14)

F

pir aL roof

belath.n to.

3

+ (T, ±T1)

+ A,r +

it2r

KD,(T3 ₊ ₎ L

(in radialen en

sekonderi)

waarin:

T, tijdkonstante 250 sek.

Ta= tijdkonstante 10 gek.

T3 = tidkonstant _{20 sek.}

A, konstante _-1

A=

konstante

80.000

KD = konstante -0.045i1 sekt

KD2=

konstante

O sekt

r= hoeksnelheid

S= roerhoek

Zie yoUr de bepaling van it mthernatische model

₍₇

In bovenstaand mathematisch model is de sneiheid

in

lengte-richting buiten beschouwing gebleven. Bit betekent niet dat

hier door het celdi heidsgebied van de bovenstaande vergeltaking

wordt aangetast daar eon koppelirig met re sneiheid. in de

ver-gelijking intbreekt.

o

_r

_°/se

s.e,.

_PQT

-I0

-ß

6 _¡o

(15)

De snelheidsvergelijking is buiten beschouwing gebleven oradat we in het bizohder in koershouden zijn

geintereseerd, waarbij

alleen kleinere roerhoeken worden gehruikt. Deze beperking is

voor de bestudering van de _{mens als regelaar in eerste}

opzet geen bezwaar.

Voor de beschrivin; van het gedrag van de stuurmachine _is

uitgegaan van een eerste _{orde differentiaalvergelijking:}

waarin: T= tthwnstante

= werkelke _roerhoek

= roerhoeksnelheid gewenste roerhoek

e _{tUdkonstante ugt voor een stuurnachine}

in de b'urt van

n sekonde. T.g.v. de beperkte _{hoeveelheid olie, die}

door de

pompen van en hydraulische stuurmachine

geleverd kan worden,

is de r=rhoeksn. iheid S _{beperkt. 1fet verband} _{tuosen g en}

- b )

is dus niet liieair, _{maar als gegeven in fig.}

_5a.

Voor T en r max. zijn de volende waarden

aangenomen: 5 2,5 _/sek. T i sek. s

/

t

/

81 / -i

-t

=

_-

_s)

/

/ / / / / / / / fig.

5a

(16)

-16-c AIE

PLIEI:í VN H;T

M. D:L VOCR

HT DYNA1LCH CE)RAG

VAN

RET CHIP .B.V. D ANALOGE

:oT.)co:;.

Voor de sturing van de simulator is gebruik gemaakt van een. analoge schakeling, samengesteld uit elementm van de analoge bouwdoos van het lab. voor meet- en regeltechniek. Voor de

uit-voering van de Echakeling is gebruik gmat van (6) en (9).

De analoge schakeling is een realisering van, de hierboven

beschreven vergelijkingen:

Voor de stuurmachine:

T ₊ met 2, °/ek.

2) Voor het stuurgedrag van het schip;

T1 T2 ( T ±T2) ' + A r + A2

Oriwprkingr van deze vergelikingen 2evert:

(S

--4-

-S)

r - (T1+T) ' -A, r - A r3 1- KD,T3 +

TT

_'"Z

rum_S'2 T

2

Substitutie van de numerieke waarden van de konstanten recul-teert in de volgende vergeLjkingen:

r = -0,lO4r +

0,0004r - 2- 0,O0O7

g

_-

_0,O000J736

In de tweede vergeljking ijn de koëfficinten erg ongunstig. Dit

kan verbeterd worden door over te gaan op andere eenheden (van radialen op graden).

De tweede vergelijking gaat nu over in:

= -o,104 + 0,00Or - 0,00974r3- 0,O003L7 + -0,00001756

Orn versterkers in ecn juist spanningsgebied t _{gebruiken mocten}

de schaalfaktoren bepaald worden. Deze worden bepaald uit de maxi-mum optredende waar&en van de in de differeatiaal verelijkingen voorkomende grootheden.

(17)

-17-Worden deze groothederi aangduid met x

en de met x1

korrespon-derende spanning met u.

,

dan geldt voor de schaalfaktor C.:

u.

C.

_i

-

i

De maximum resp. minimum waarde die u. kan krijgen is

+ lo voit

resp. - 10 volt. Uit de maximum (rinlmui) optrdende waarde voor

x. kan nu een keuze voor C.

_J.

_i

edaan worden.

In tabel II is een overzicht gegeven van de in de differentiaal

vergeliking voorkornende grootheden met hun maxinurn waarde en de

voor die grootheid gekozen schaalfaktor.

Tabel II. (verzicht v.d. grootheden uit de diff. vergelkirr

Tir.

Grootheid

¿ymbool

ax.aarde

i

Roerhoek

₃₅ °

C,

-2

Gewenste roerhoek

₃₅

_0,25

3

Roerhoeksnelheict

2,5 'sek

_0,25

4

vrand. hoekversneiling

lO

°/seK3

10

met de tijd

5. Hoekversneliing

iO k 10

Hoeksnelheid

_I

_°/ek

₁₀

3 3

7

(Hoeksnelh. Id)

()

i

( 7sek)

10

Devintie

+1 a

_0,1

De vergeljkingen worden nu:

u u2 u1 C1 'C1 u

- 0,104

0,000

- 0,00974

_.,0003472

UI

- 0,00001736

Lilt de vergelijking:

(fJ = )

rdt + konstante

(18)

-18-+ KorsLne

C₈

aarin

e konstante gema'kshalve gelijk aan nul

gesteld kan worden.

Uitgewerkt leyeren bovenntaande vergelijicingen de volgeride

betrek-kingen op:

u.3=

u2-

u1

0,Olu= -i,oiur + O,0u6 - C,97/iu.

- l,389u3 - O,O94uL

u8=

_f

_icdt

Uit de relaties tu. sen r,

en

_{kunnen nog de voigende}

betrek-kingen afgeieid worden:

C5

u=

₅

-1 udt=

l)udt

0 I

loo

C C

u=

u5dt =

j

u dt

_s C 3 - 3

u= ?Ti_):

u6

dt

_ioc

Fig. 6 en

7

gevn

scIiematisch de

schakling van bovenstaande

ver-geljkingen

In Fig. 8 en

9

zijn de schema's ven de elekton1sche

schakelingn

even. Bj de schakelir- van en int, rator is

ge-bruik gemaakt van twee in serie geschakelde kondensatoren. De

_reden

hiervoor is, dat elektrolytische kondensatoren, weike hierbij

ge-bruikt zin een z.g. polariteit bezitten. De grootte

van de

weer-stand F.

_{en de kondensator C volgen uit de eis, dat de machine}

tijd gelijk moet zijn aan

de

werkelijke interatietìjd.

Dus:

F xC = i

Cekozen is: R = 100 k

en C

- iF (of in dit geval 2 x

in serie)

0m de

schakeling te testen zn met de simulatie enkele standaard

stuurproeven uitgevord. Op biz. Z

is het resultaat

egeven van

de z.g. spiraalprof volgens Dieudonn4. Hierbij wordt een zekere

roerhoek ingesteld en gewacht tot de hoeksnelheid konstant is

geworden.

(19)

5

cy

(20)

0.01

O.ctrl

-_o 'i o 0.1 0.¡ OLI

0.04

O. i

Q:

sck er,,

rci cÇc.

(21)

-2

De hoekversnelling moet dan dus gelijk aan nul zijn. De

hoeksnel-heid en de roerhoek

zijn hierb

bepaeld m.t een normale voltmeter

en m.b.v. de meters iie later ook in de stuursimulator gebruikt

zjn. Iieze meters zijn voorzien van een speciaal voor dit doel

ver-vaardigde schaal. Op blz.2

zjn deze resultaten in eerì rafiek

uitezet. Hierbij worden de gerneten waarden vergelekeri met enkele

bereKende waarden. De berekende waardn volgen uit d

vergeli,jking:

0,974

r3

- 0,01 r = - 0,001736

6

Naast de spirnaiproef zìjn ook enkele zigzagproeven uitgevoerd.

In Fig. li is het resultaat gegevin van de 20/20 proef. De

over-eenkomst tussen het verloop van r als resultaat van deze proef en

het verloop berekend m.b.v. een digitale rekenmachine, is redeUjk

te noemen. De opstelling gaf een geringe a-syrietrie te zien,

h-et-geen resulteerde in een klein verschil in periode tijd tussen twee

achtereenvolgende periodes. Bovendin zijn de periodes t.o.v. de

digitaal berekende aan de lange kant.

(22)

'I

0 K oo K

g 5kLth

r,C& Stucck 3c?

23/4 2o»T 00 Ç

-r

(23)

I

20K 00 Ç 0, 0 00 ç t

J

-I

20 < 004 'At'JAL VERT1NI

v'

j-v_ 20.4 2O,LT loO K T ô(0 c,cr SckckcL c_karrc& 2.

O-4 Iç.

j-2o

T

20,MT ZOi.CF

HÌ *

2oc - o(= o,, E5ET'

¡H

IC) K

(24)

-24-Tabel

III. Resu1tatn spiraalproef.

Nr.

₅

aden)

u

(volt)

gracien)

&.,.tet

u6

(volt)

( °/s

r

rte

sek)

i

2 IO 24 7, 6 29 -4,05 -5,85 -0,405 -0,585 -0,59 -0,58 3 20 5 19

-3,9

-,359

-0,35

4 16 4 15

-5,58

-0,538 -0,54 5 12 3 ll,- -5,14 -0,314 -0,51 6 8 2 _7,5 _-2,92 _-0,292 _-0,30 7 6 _1,5

5,5

_-,72

-'),?72 -0,27 8 4 1 _5,5 _-2,56 _-0,256 _-),25 9 2 _0,5 ,C -2,31 -3,254 10 0 0 0 _-1,97 _-0,197 11 -1 -0,25 -1,5 -1,71 -0,171 12 -2

-0.5

-2,5

15 30 _-7,5 - 4,02 0,4)2 0,41 14

_-4

-6 -25,5 5,80 0,380 0,3 15 -20

_-5

_-19,0 3,60 _0,360 0,5' 16 -16 _-4 -15,U _5,39 0,559 0,5k. 17 -12 _-3 _-11,5

3,15

_0,315

_0,52

i

C -8 -2 _-7,5 2,88 0,288 0,30 19 -6 -1,5

-5,5

2,76 0,276 0,28 20 21 22 -2 o

-0,5

o

-A,

_,

0 2,62 2,38 2,05 0,.262 0,238 0,205 0,27 0,24 23 1

0,25

1,0 _1,78 _0,178 _0,18 24 2

(25)

DFC

-T

(C12n/ck)

--I

--t

tI.

t

(26)

-'U -!i ::uh 11!-!iI::

i:i:

j c-'i

IiJqi:I

:Jini.ii.:,idi.',ifli:i.0

I :u:!::Hi::iI::1;! uu ;'q1I1!!ff'i11IHO1ii IIIIìII':'

!'uhiiP

¡iIChi

I IIßIIl iJ i q1 : 1ii I I

::i::::::;::

I Pith 1111ñ 5P, q Pr! ç pl h i;i,

-.

Ii.Wi:iii i1iliP

II

ii..Ii

i

il!

I 1

!I!

u!lIlI

.JII!!.H1U11!?!

i'hL I:'!!_!!!!

:;.::u:u i1ii: ili,.i?

'.Q!

r

j' 'I.

Ir

P flU11

'dl',

i,

,

i L. L.

(27)

6, .:ET T

TICU.L

Voor de schatting van de parameters in een aangenomen model voor de mensel ke regelaar, is een deterministisch testsignaal nodig. Met dit testsignaal kunnen de in werkelijkhid optredende storingen gesimuleerd worden. Je storingen, die van belang zUn

i.v.m. de besturing van een schip, zin de ierbewegingen, d.w.z.

de rotatiebeweingen van het schip orn en vrtikle as door het

gewichtszwaertepunt. Doze bewegingen ontstaan o.a. t.g.v. wind en golvon. Voor hot samenstellen van een testsign.al, zijn alleen

de bewegingen t.g.v. golven bepaald, omdat deze waarschijnitjk wel

de be1angrtjk:te zi.jn.

De berekeñing van de storingen is uitgevoerd voor schuin van

varen inkornende golven (,/.2 ₌ 135°; zie fig. ii). De keuze

,j =i35

is willekeurig en is een in de

praktijk voorkomende situatie.

/ De hewegingen worden berekend

'S

\ /

'S

voor een model v.n het schip,

\ / 'S

"S met schaal 1:100.

//\\\

_{\ D.voornaemste gevens van het}

model zijn gegeven in tabel IV.

'S

/\

\

/

\S "S

De theorie voor de berekening \/

van de bewegingen in enkelvou-dige golven is beschreven in de

-27-\ \ 'S 'S _'S _'S _{publikaties (IO) en (11).} S' 'S 'S 'S 'S ' 'S S' \ .Ç= -olfsnelheid

3L= scheepssnelheid

Fig. 11. De positie van het schip t.o.v. de golven.

'S

"

D- theorie voor de berekening van

de bewegingen in meervoudige gol-ven wordt gegegol-ven in (12).

De berekeningen zn uitvoerd met de I.B.M. 3O/65

rekenma-chine van de Techn. Hogeschool met behulp van door het labora-torium voor scheepsbouwkunde ontwikkelde rekenprogramma's, voor een frekwentiegebied van 0,3 tot 2,0 rad/sek (d.i. de

ontmoetings-cirkelfrekwentie) en een golfhoogte van i rn. De resultaten van

(28)

-29-Tabel IV. Gegevens van het model voor de berekenirig van de

scheeosbewegingen.

Lengte tussen de loodl

Bree dt e

Die pgang VLL

Diepgang ALL

Carrie Inhoud

Traagh. mom. orn de X-as

Y-as

Z - as

G t.o.v.

L

G t.o.v.

WL

Me tac entrumhoogte

nelheid

Ceta

van Froude

n L

_li

B T

_vil

T

_all

V

I

X I.

y

I

_z G L G wi MG

Fr

3,100

rn 0,4716 ni

0,l90

in 0,1890 in 0,2567 m

0,1000 kgfm sec

14,541

kgfm sec

14,541 kgfrn sec 0,0865 in 0,060 ra 0,060 in 0,772046 rn/s 0,

De gierbewegingsamplitude biJ versri1lende

ontinoetings-frekwentie en eeri golfhoogte van i

ra

voor het model en

het schip.

= frekwentie

ontmoetingsfrekwertie

L) (model)

rad/ sek)

L)

ie1)

(rad/sek)

4(node1)

(radia]eri)

4'c.(Sh±p)

(radialen)

,00

2,6185 0, 60469 o; 0060469 4,70 3,8676 0,48855 0,0048835 6,40 _5,0056 0, 28564 0, 002864 8,10 _6,0578 _0,09814 _{0,00098 Li} 9,80 _7,0411 _0,06736 _0,0006756 11,50 7,9674 0, 05623 0,0005623 15,20 8,6457 0, 02686 0, 00026 83 14,90 9,6827 0,02811 0,_{0002 8 11} 16,60 10,484 0,03808 0,000380 18,30 11,255 ,0136 b

0, 0001566

20,00

(29)

Voor de responsie op een enke].voudige golf geldt:

(t) =

waarin:

dan geldt

-29-ordt van de golven de spektrale dichtheid

_Se(

)

gede-finieerd d.m.v.:

-i-- L'e)

en de spektrale dichtheid van de gierbewegingen

ana bog:

S(e

e =

waarin:

cos ( ()4r

+ L

)

= gierhoek

= amplitude van de gierbeweging

=amplitude

van

de golf

= _{ontmoetingscirkelírekwentie}

E- fase van de golf

f'se verschil tu sen gierbeweging en golf.

W_e ₌

-

_V

_s

2

2.

HI

H

Voor de schatting van

het

golfspektrum is gebruik gemaakt van

publikatie (i3) Omdat de gierbewegingen van een suDertanker niet erg groot zjn, is en vrij grote waarde voor de windkracht gekozen, n.l. 8 à 9 op de schaal van Beaufort. In fie. 12 is

het spektruni getekend.. Dit is het spektrum op basis van

(de golffrekwentie) en zal dus etransformeerd moeten worden

naar een spektrum op basis van De transformatie formule

luidt als volgt:

/ '

LW) X.

-Voor het vErband tussen L en geldt (14)

- ---1

waarin:

V =

_{scheepssnelhed}

versnelling v.d.

zwaar-tekracht

(30)

o

L

;;uI;;; OIllhIPi:2

!II

ll r!

!!1:thrJr

io

dI . u :::: !;::::r :: :... ii:::: :::::::i... ... ::::::::: .:

.:::::::::i.:::::::r .

:::::::::ri.

.1"::I::::::::::;: ;::--.:: 1

i1r uIsi i . i

r'

i

'il

.

iI::i

I3i'1111.ifllESr ,

hilF

'

nil

ll

I

r

:.1r11

;;;ji;i_ i

i

! ¡ ii i bi I iI1Ig ,i: i J I bEi1 '

r

Il 11iei 1'E i !a11 I ifU i lii iii u I I!..UI Ii.. I SU ::ii

jII Iii' II:

ii

l;i

1+ ii E h IUUII I I ..!1I IUIIiI jfli

1.;iI

iii

9..'ip

ii;i

j1i11... i I i i.

IjIUIÌIUI, IIJU iIiuIIi k1 l'i IIOII

liii

, I

ir

d ii

:I

' UI: '

'E u'q 119U111 Ii E111 U

iII.

ki!,E

III

I I

Ii .I II

I'

1 U lE 1UUU

:.

'E

iL,1

dii"

u n ELL f i a i

'I' :.

U 12 Ef1I

I_

I g 1 1 h E i

i J,. illiPlif

I aili' i f IIU

I!III

1 PU1E I li IIUI

Ill

i 11111, Ii

iii

I i i U 1211 t i U nIPI 'h n 1U 1111111 I

i'

; r .1llhIffflIffh1ll. . Oli f. bIkHOhkLiid.1 ,,

j___I

1'fjflfj llhllll1!r1t11El!!

' i'Illi»

JEI

! I:q:I1:rp: 1r1IUr::sqjUnr

flpU.p:,

iggIi;hfhj,iiEi,12f IgiiI f111E E,19 i$ II!.IIiIIII 'if ftIIihn,jhI 21L1

lftgij

E!IhhP,EEg..i1JEhj ilj fflIPIfãi!il f 11W. iqI S I . : IIIUI!IJI k2 111W

(31)

IL p p. i li:. h

ii

U

.:::hU#. :.. ':,::::::::z!!

q

q i'!;

ir1

:iq 1

I!!!

P!: !mE! E!P!! i!

!!!!!!! !!!! !I!H!

a!': I

!

¡

i. i:

Iildif"i iIIir1dI!P :I:

iØ!p11j'k "II :11.:

¡ I :::::: r

::u:::

..

::

::::.;:::. .11111

r'

L ¡

-m:h,:::1

.i:: 1H

'ill",

,"

II 1

49

1 I ¡ X

::i

.

(32)

N

4i

Lßj!ftflr

i

t 2:m

{

2!i!:fr:M4h

:;i1

r

ffL:;;:riI;;!! ;!wI"!:a!

!!-9itP':ll rL .

j

,JIj

hI iIi

rh:II

'':Iir !'riu'

; L

i

u:

i :xIh39I r

u:iii:ú I q1

îii;i ::q

rpd..9g;I.

jg9:jm

: u9i:ill

".i

: 'L

ii..1

. 1

r

: . :k

'

q

1Îjfl

!9

11Pi!

rr

::r

z:;p:u:

.::i:q:#.

u::w

bh: :: i ::_i.jk.r9I ..

'ihiIi

kd i !

:h;..:::i

c:

i

d&'

:i:

h.. : ii:

:

:u

i'

uídil'

: !1I

i:W.gji' ih

u' ... Ç

. : q

t iEi i

ihil

: Eh .

:Ji;;r; il .#

iv h'

¡i!

t f j:

:i;

j::

I fl

j

;i- i.q:

u ç

!JJr'r

I

h:i'h:::::ii:::;thr :,I,

gu::j :hiii

'

ri1 JllI! 1h! ¡1 iÑ !ll :i:dIaupIIgq,ffl

9f;.;r1q1

!iil 91

dfjllill:pI$IIp:iThx

b 9J

gi

i;:lj! "r'9

1

:LJq

riIILPr

fl j Ld

::

:1mnI

ppff : hh: I h

iI:ll:

iilli99'i:

I

'LPi

r1W!: : !H

Ii

iIiLrI; k?

J:h Or

I'r idkFb dIU

Ih1iqï

9)

'i$

'b g IiIIO

r:

i øiowi

oi:'ørn

.

'

Ii!:!ftP

hi!

ILlli:.L'

! iIPiIIIPiII1 sd 1:h

Iu:f9L1

tj!P kftr':o::i::

nil '2u":Ii:II::::... .4:::.

.:;u;i::ïau:;:::q

zp:um .

- iu -xuiip::i

::Erv

i lik

'ibP1I!P

±fl

r

!

LU: "!'

J_:ihftlLI,:

:: i :

:d Jf,j'

O

diIllkLiP

,

iflhillIll1

Ni ij ;

:1ØJ

u:.nI:2nrur:

:"

;j::!!Jn1EWu rr

liflh:h!n

idp'i:qipuipq

i

inkwd

dhii1k: -! :pjEIif

iunih:

ruiIillInn

:II!hOIhpdi:i

'iP:II IOIffPllhill

II h bhL dhi:Cf1llI

:Illh hI:L.!!H!N

ll g

ih

JiiIdi:dip

i'

!JI

ih9 ':: P

i:O1llll;Ii I;!: !IJllO!iil ;ili lluIJuIH:i;I1' 9 I h ,iII!1diIi!I!'I!?hPILiIkIillbI1P

Ir1P

PIflIhI I!hIOIPIIIIIlluhIIII;'OIII ibio

!"

':9

llIFih9 ':PJL!!

I1r?I 4.

1j: r'

Pftlli

"oH H

::!Ip:lflllL:jI

i!1'J:!IlliiI

iduI,'!!Iibi!j!bjIllIfldLOIPIffIjllI!ll:IjbL 4L!P

j :hjj

.1 1 :

rI

gx rii

rqd iuq

u uIIIIU# 1 1 1 1 1k1 1flW: 1 ru r9ItULlfl 1.uXa I I

r

i IIII I 111k. i il: i P ua lb!! PUIUI9 dl! Wsrii ' 'iwu

iu d JEk. 9hE !uJL!P4

.drl4!1hs

U!hdlPJLI kl 'ut lg hutkJ111

jff4uu!11!! j isudl Ijji

th mii1hng ¡Pp I :1

..ur

'

ltIOIf!d id!iÌi ihff

L4

qq ii:

I

(33)

Hieruit voigt:

cl L2

ci

-53-I t

In tabel VI wordt .S("-'e) bepaald uit ) voor

ver-schillende wasrden van . In fig. 13 i _het

getransformeer-de spektrum gegeven.

Ten1otte wordt in ta.bel VII de berkening

_{'egeven van}

voor de vrsch11iende waarden van £.3e . In Fig. 14 is het

spektrum vari de gierbewegiriger _{n. Door iidde1 van}

numerieke integratie kan de signifi

nte

_{gieramplitude}

be-rekend worden (= gemiddelde grootte van het hoogste 1/3 deel)

Deze bedraagt ongeveer

_0,33

2e1fs bij winth:racht 8 à 9 Beaufort _{z,n de gierbewegingen direkt}

veroorzaakt door goiven van een supertanker zeer k1ein Het

freKwentiegebied. strekt zich uit van 0,3 tot _{ongeveer 2,0}

rad/sek (0,05-0,32 Hz).

e rneeste

energie

bevindt

zich in de

buurt van de 0,6 rad/sek ( 0,1

Lz)0

_{Cezien de grote}

tUd-kontantenvan het schip zj.n de

storingen

_{hoog frekwent te}

noemen.

n het laboratorium voor meet- en regeltechniek zijn met _een

voorlopige proefops telling enkele

_proeven,

_{uitgevoerd. Deze}

proefopstelling bestond uit eon stuurwiel, en voorlopig

Tahr1

VI.

mranformatie var. het nolfspektrum.

rad/sek rad/sek rr?,sek

(-) rnsek 0,30 0,26185 0,0 0,00 0,47 0,38676 0,9 _0,65 0,64 0,50056 6,2

_3,98

0,81

_0,60578

_6,1

_3,64

0,98

0,70411

4,4

2,ii7

1,15

_0,79674

_2,0

_1,48

1,32

0,83457 1,9

0,96

1,49

0,96827

1,3

0,63

1,66

1,0484

_1,0

_0,46

1,83

1,1253

0,6

0,27

2 , 00 /'-3--_ Cc3/L

r 2.22 C)e

(34)

-34-ibe1 VII. et bewegingen spektr&m voor het schi'

kompas, een roerlioekaanwizer en een hoeksneliieidsmeter. Aan de proef-perscnen WF rd de opdracht eeven koers te houJen en de storinen weg te werken. e storingen bestonden uit enkele sinussen met frekwenties

in ae buurt van de piek van het boyen berekende spektrum voor de

gier-beweíner.

oewel uit deze proeven geen konklusies over ht

stuurge-drag van een roerganger getrokkn mogen wordn, omdat van een voldoen-de involdoen-dentifikatie van voldoen-de proefpersoon met H e roerganger van een schip geen sprake is, zjn ze zeker nuttig reweost

Uit de proeven met de voorlopige proefopstelling is gebleken, dat

e

het frkwentiegbied van de storingen zo hoog i, dat een ervaren proef-persoon niet op cen testi;na:1, dat de storingen sirnuLert, reageert. Ondat bovendien het frekwentiegebied erg smal is, is het niet mogelijk

orn in het frekwentiegebied waarin wij gentoresrd zijn .ie

overbrengings-verhouding van de mens te bepalen. Dit geldt voor de voolopige

roef-opsteHing. Voor de proeven met de manoeuvreersimulator' is dit echter

cok te verwacht.n. kr bestaat nu de mogelijkheid orn de

overbrenHiìgsver-houding van de mens te bepalen m.b.v. een niet rea1isisch testsignaal,

cì.w.z. met een breder eriergiespektrum en met lagere rrekwenties.

Dit signaal simuleert dus niet meer de girbeweginen van het schip direkt veroorzaakt door golven.

Cmdat bij ae voorlopige proeven geb1ekn i. dat de mens in deze

situ-atie duide1jk niet-lineair,regelt, hetgeen cok bj latere rroeven in de rnanoeuvreersimulator gebleken is, is voor een anciere moge1kheid gekozen n.l. het ontwikkelen van een niet.lineair model voor het gedrag van de mens als roerganer van een supertanker.

rad/sek rad1 x10 2 m rad2 sek x10 0,5u 0,00

36565

C)

0,4!

0,3

23847

15024

0,64

3,98

8159

32473

O,F31

3,64

963

3495

0,98

2,47

454

1121

1,15

,1,48

468 1,52

_0,96

72 69

1,49

0,63

79 50

1,66

0,46

145 67

1,85

0,27

19 5

2,00

(35)

-35-7.

'B CHRIJVIG V!LN D

INLI'Y

PRC

Voor 1et doen van enkele inleidende

_{proeven, is gebruik}

ge-maakt van de rnoeuvreersimulator

_{van TNO-1WECO te Delft.}

(zie biz. 36) In verband met het

_{ewijzigde doel van bet}

onder-zoek is de koppeling met de PDP-8 reienmachine van het

labora-torium voor Meet- en

_{ege1techniek, zoals in de opdracht}

be-schreveri, voorlopig komen te vervallen. Omdat

_{de struktuur van}

bet model van de mensefljke reglaar

_{flog onbeend is, is "on-line'}

verwerking van ineetgegevens niet mogelijk.

Het principe van de opetelling is gegeven in fig. 15 op bìz.

31. De mens stuurt "het schip" met behuip van een stuurwiel. Op

dit stuurwiel is een schaalverdeling

_{aangebracht waarop de}

ge-wenste roerstand kan worden afgelezen. Door middel van een

potentiometer wordt deze gewenste roerstarid

_{omgezet in een}

elektrisch signaal, wat naar de analoge

_{schakeling gevoerd}

wordt. Uit deze schakeling, beschreven in

_{hoofdstuk 5, komen}

drie signalen ter'ig n.l. de werkelijke roerhoek, de hoek selheid

van het schip(erels: "Rate of turn")

_{en de deviatie. Daze}

worden naar de respektievelijke meters van de simulator gevoerd.

Voor presentatie van de roerhoek en de hoeksnelleid aan de

mens, werd geen gebruik gernaakt van de in de

_simulator

aan-wezige meters. Deze meters

_{zun n.l. berekend voor signalen}

tussen + 100 en - loo volt, terwjl de analoge

_{bouwdoos signalen}

levert tussen + 10 volt en

_{- 10 volt. Cmdat wijzigingen in de}

simulator ongewenst waren, z,jn hiervoor

_{in de plaats twee losse}

voltmeters gebruikt met aangepaste schaal, die met houders op bet

met paneel van de simulator geplaatst

_{konden worden.}

N.b.v. twee 2-kanaalsschrjvers zIjn ingangs-. en

uitgangs-signalen van de mens geregistreerd. Als ingangsuitgangs-signalen de

de-viatie en de hoeksnelheid van het schip en als uitgangssignaal

de gewenste roerhoek. 0m beide registraties

_{te kunnen verge]ijken}

moet

_{n signaal aan beide schr,vrs toe gevoerd}

_{worden, zodat}

drie signalen konden worden vastgeiegd.

_{Door omstandigheden 'was}

het op het ogenblik van ae proeven niet

_{mogelijk orn de signalen}

ook met behuip van een bandrecorder op magneetband vast te

leggeri.

Met verschil]ende proefpersonen

_{zUn gedArende enkele dagen}

een aantal proeven gedaan. Ta.bel VIII

_{geeft een overzicht}

_van

(36)

De rnanoeuvreersjmu1aty van T.N.O. ICO te Deift.

(37)

projektie

ysteem

kornpas

"deviatie )

hoeksne lheidsrnetor

(rate of turn")

ro ers tandme tr

Q

-37-Fi. 15. Schema proefopstell.g.

mens elijke

regelar

direk te

af le z i ng

opdracht

ana loge

schakel ing

2 -kanaals-schr5,iver

anaai:

-schrjver

S tuurwie i

regictratie

't-, )

. registratie

(-

g,)

(38)

-38-Tabel VIII.

Cverzicht van de proefpersonen.

BJ de proe'persorien nr. i en 2

is gebruik gernaakt van

n sch:'

ver,

waarbíj alleen de roerhoek en de deviatie geregistreerd werden.

Deze preofpersonen waren ongeoefend wat betreft het besturen

van

een super tanker. Dit maakt de meetresultaten van de preeven

met deze preefpersonen aanzienuijk minder waardevol.

De proeven, die met bovenstaande proefpersonen zijn uitgevoerd

hadden tot doel het verkrjgen van inzicht in de manier

waarop

een ervaren roeranger van een supertanker zjn scnip op koers

houdt en het opstellen vari een model voor het gedrag

_{van de}

roer-ganger.

Met dit als uitgangspunt zjn de volgende proeven uitgevoerd:

i. gedurende cen zekere tijd koershouden

2. kleine korsveranderingen van resp. 1, 2 en 5 graden

Hierbij ziJr

_{in eerste intantie de storin'en nog achterwege}

e-laten. In een lat r stadium zullen deze ook in de simulatie

worden

opfenomen. Afhankelijk van de tij, dat de simu]ator en de

proef-personen beschikbaar waren, zijn met elke proefpersoon een

aan-tal van bovengenoemde proeven uitgevoerd. Hi''rbij werd door

twee

rroefpersonen aí'wisselend gedurende een half

uir gestuurd. Als

aanwtjsinstrumenten waren beschikbaar het kompas, de

hoekeneiheids-meter en de roerhoekhoekeneiheids-meter.

1 r

FunKtie

i

Gepensioneerd. kapitein ter zee

2

Cud gezagvoerder o.a. Stoomvaart Mij. Ned.

3

etensch. medew. T.TT. Deift

4

Ietensch. medew. T.H. IJeift ti.jdeiJjke dienst

5

Technisch medew. T.T-f. Deift

6.

3e

tuurman, stud. a.d. Hogere Zeevaart School

7

3e Stuurrnan, stud. a.d. Hogere Zeevaart School

8

3e Stuurinan, stud. a.d. Hogere Zeevaart School

(39)

3

-8

rSULTAT N

K('r:K U: I

In het voorgaande is reeds gesteld, dat we met het op te

stel-len model, het gedro

van

en ervaren roerganger willen

beschrj-ven.

.:it betekent, dat de proefpersonen voor de preeven met de

manoeuvreersimulator geoefend moeten zijn. Voor de beoordeling

van hot al of niet geoeCend zijn van en roeranger is mJ echter

gen kriterium bekend. In hot

a1emeen kan

ezegd

orden, da.t

de ongeoefende proefpersoon doorgaans grotere roerhoeken gebruikt

en min of moor kontinu aan het stuurwiei

draait in tegenstelling

tot de geoefende proefprsoon. De figuren 16 en 17 geven een

beeld van het stuurgerag van een geoefende en een min of meer

ongeoefonde roerganger. De geoefende roerganger had ervaring

met de hetì.ring van schepen met grote tjdkonstanten. Ondat we

vooriopi

alleen d

meetresultaten vn geoefende proefpersonen

willen gebruiken voor de analyse van de proefresulteten, zullen

deze dus aan de hand van

n of ander kriteriLim beoordeeld moeten

worden. Bj de inleideride proevn is dit gedaan door middel van

obervatie van de proefpersoon en zjn gdrag tijdens het sturen.

In de verdere ioop van het onderzoek zal het wenselijk zjn een

h.

kriterium te gebruien gebaseerd op het aantal "rudder Cells"

per tijdseenheid,

(het aantal keren per tijdseenheid, dat de

stuur-machine wordt aangesproken)en op de grootte van de door de

roer-ganger tewenste roerhoeken.

Bij ht koershouden streeft de roerganger ernaar, orn zowel de

koersafwking als de hoeksrtelheid van hot sc}iip zo klein mogelijk

te houden. Dus als

e

en/of r ongelijk aen nul zijn, dan is er eon

zekere fout, die wegrewerkt moet worden. De roerganger reageert

du

op de

ri of andere Koinbinatie van

41

en r. Voorlopig is bIj

de analyse van de meetresutaten uitgegaan van een lirieaire

korn-binatie:

(A.'

+ B.r) = S

waarin: A, B

= konstantn

"t'e

= koersafwjjkinf

4_L4i)

r

= hoeKsnelneid

Later ku:nen ook andere runkties

" van

_-'

en r onderzoc t

(40)

ii;

iii uliour iiooi.

:!Iisu::!hi

I!IIp;j9

Ill ll

ILj:P

L"u1i :II

!ffiathcifflhI9

jjJ

, , rftflI

U iva::::

: g:Lgfl: ii:

mi iuu

IUS u

u .i

..rnn

«r

.. .. ..

..=H :n:u:

n.i p

..Jrw:d ::qJ.ij

ri i!

'

-:: q

h

Lu.nh" U

n

r

:I:

;;

1IIIII

Jff

Iipijj

!I l'i bipIIIjkhdtI I1L, H

IJLII idll

IIJIh

Jlpfif J4j hJ ' 4I h

'Pi

!i

J j

:j:jg

:I!IhÊ:i:I;dpi IJII'IIIO!

Jftff;

J 1JI I

ri'1ibIIii dr1Ioq IiII

ILrkI :4:lill qiilliIhI P1:11111

fiï

IiL

!''ip ff

d IHIPr!:irni OIl1011hIhiillhIiI'I ii4wPiiI'IIiiii HllhIlIIiII' 1!HpiOhI!IIh!!IOillhIllE1giffpIII I'IIii!llI lh:IiId Uhu.

:;':ri

...i: in: ui:ur

iui a:r#

..::a:I:.. drII: UßIfl:II8ru::I:rr*IIIraIuI,iI*4

lIII#i!pdIflL.

9g ¡'L'H'EOffI'II1 : :

:Iì!I!h'h! llh1flih:

fEq

.

r

..!IøP

INH

::#iu:::.

..

. .« ...

j

ç:J:::.

!& .U1''IIli

Pt's ' P .

ilIsqhllftE H ''!'

iflj_d . 1: :i :d '15Hi

: r:i

r i dPP 'ii:i

r: I I!flP:IUlhr ¡

!.L

::g '

iI!hhiH

HP!!IIIIhIIILIIIN IIdIHllhI1ll I IOJILU

11!iHhi1llHOHr

IIIiIP RtP

h

9P!ftlurP:Vk i

rj

Øj !IE!ii: '9:'hffi u

'i ''IIHP' !P :P'

_IIII

j

lIII

P

.izi 1'!

....

'I!i

IfIP

r

j 1a...ip I aiii :aqp11 : I

:idi :rrftJill îiri

,i r'

ii:ii! 111: 'h ! h

" ' ' i L j1 ihi !!'

PiPsii,tiki9iiiR "" P j :

:i' F

X

o i..igi::i:di:,

:uui:ii

i:u::.uugu ithihiiuiii::

.;;-;;

..

.;

,,, &. n ;;;

i ir ;iri ¡;aiz;i;:

i.; .

;;; PÍIIII :

'II9h hI»hi

E1! « I :11 V L fi! :dr i:,i

i idi i :Pi p

:i:11111h1h1'kflI'IØIP' ih

øIIppp r4g+ll r

" ib !1 '

!ri.

I p

'

( i i

--LdJ II 'FIil :: J!

!JI!WIhPrIll4

-I

Liir

r. ii'

:: i

:IhTff':i ii :'P i-siii'hiHi d:Piiilj i I I IIIftIIPI ij

I'I it

c :kJi ii

'1iihi

1b;h :

i :. iU

Hi9i

:1: i

.::r

':iiu:::

:¼ 1:h

II II;:

iIhiItiIhI:

j: g i.!I:iii:hJ: H

Lf'"

q

'hiIt:

'b ;

.juiift rr r

ur

, 4:.;i1jj

;:lr:ii:::J::t:::iirji

::g-ñr .

-zai ::"

:Lii11d ¡hPh

iii! :q

r'ii:.:ggiIiiLiu I ll:

g

irhhr

1i!k:

litil i iL'

iii' i:

.r

E1:1::" ; hIi

Ipil!LihgpJ

;ff i::

ir

1r'iIirIII jhkIdq

t:w r

r. . ::

:ii:: :qiI:q.

.1..:iru. ..:::I::i:::i

::u:. ri.:::ih

:.

. .

I: . r .:.

::

h: qi

, i_i

, Ø r pLi

"

i:tiiiuth J. 1

-i . :L ii

'

ii ii ib

jj:i i

I ihiúi h d

....

1: :::I::q:aI

;.

¡.9u:I1i : . L I'iL"!1 :hi..1 z hi.::: iv -:ri g

II i'n

h 35 g g1g' ir : : g gg:g1: gilp_ h g i: ggg

u.iii

:gi g: g 11h :. , i.ii iE:.!. ' g : g sLr-q: 1d

eri.

g g = :11JJ.JIU : L:h 4 g: :1g1:11: g r :

-ii

. . r;rr

qIL:fiji;1:q

hgidii&8ft

I!jJ 1I!! Jj

TF;!J kI! 2 :: II ! jjftLd_f 111!hI1h 91 gg: g

:d1

8ftilli!!I:

niIgr::;;1::;;...

i ur:ruu::uri ;ru:qu s"

: ;i;;iim::iir ..

.

.. --11;gg

itil ì

Jgg :i:

!ifl iL1

g;i i. ! u g1111 g

qj::h

i' gL q: iflpfl ii

i i1:r

in! I 11Lpqp :ii: n I!ii;:

: : : i

r

::. i

gggg g i

:.:: :.i:

L

ggg

..:

ui:i

ggg . :g 1 ggg

ILrihIL

Luhi b1ugJ!LE

I ...u:uur

uuu.

r:uIIu=: irurruiu

r

zr!

r

g

9t1g1gL

g I

uv1

:

: F' VI!!u g h !J!JI1E rlf

h

L lIP

Z!u'iu4!

r:ii::

i;rp

hr.. u i q.JI

i..0 i ri i9 u iur

mi i m g r: u

i: :u u

im L

(41)

hL IUR

:i,1!

I

'

.._

'.'

BZ I :

fiib

I:1 Z I .. H I 1:1.,.

]I uÎ'L1'

r'

-

--: i U:

':

UT

'I

: i EI I 1 u : ;h. ' ¡1I u .. hhI1:;1t9111!U !ul:I.II u; .IJI .1

.II.

!l jJ IsI.i II I 1

r

; r '

'

#11 S I

ululi

4Z1111

FIU

1I

I1I I

.J

I5

zi

i

..i1

II :::l:I:u::ll::I!

-:hhiuiu!! ::IE!.l.u.s....i2:.:;I

h'

, ;,

ri .

.,

ïq n

1

Iziii 'lluaE1z 'iIi

''11

': 1u

' ,i'J h

9!uII

I i;iri ii

i iui i:

i i i :1E91111 :': 1121' t

lili uhU

.II

U IIIUIUII!I.0 .. .. I i I !

Ib

ti

i

in

'iL,!.

'aJ,F

. i i 11 g IIU d'

.J1

iii

Ei .. !...

I

i I

g u

i

1'I

1IPIL:t :

Sr .:

i u i

2m

i g

gi

:.i:

:

:i

nu: i"

I .. :

.

-lu

-J.

.4II

I

r

'P''

- r

ud ui : .

r

i

!JSLL 1,1l I (2

h ':

I iJ p

r.II! :qç'.i9d

J!f'11

I

;: q

!.hIII

I

:I!

II

r::n:ruuu:i:i;:::r: ::::..

;:qru r ;..r n;;i r:;: ;;#u:p::u:: :u;:;:ixz:I:;:ij:1uj :;:p:

;;ii;i::::;ii:-...h::. 2:a;

... i:iii

I"

I ui

q L E 'El I Ihi flE ,P

.

iE i.2i j , : z uui i ip E i : qph EIiE' I IlE ' Idf

E'

' 'dI1E' L

ig

I I

III

..

'

li!.

11iZg

1I1 .Ii

li hIP

iir

ns a

p.i

u.

E

u

PEE

n p

p &p

i 1E E :!

k

r n

::jq r :s

'uihi

du u EIItLE!

i1E1

cl::::::::::l:::E...E...:....E:::::E:E:9 h?::r ...

r::::r

... I.::::::jq:3::ji. ..1..N .q: .1!:: t:: i:::

p:::::: :: :i:r.rr: ....

! $x

hi 'c

!r

!

'1u'h I Liluiluul.

1r r

!iiu i i g g I I

I i:r

u

¡u EEIli

E

'

5II1I

IIt3IiE!iElU:flI

JI I

I

9I:: 'E'$ v :

E

r:

II u ...#.:...:E!u:... .:::u Eh: u u u

:uiI u

i

ElEu.!

1:,,,

U ua

ni

g L

i J J

lN au u u u h V I ' uu, .1' Ih

iii

13. uil i,uiEE11 . JE uiidlh ,'.11 ¡uhi i 1 il E P EEE!!EEEEE!E ... :u!!:u!! . . .uuh uu:u!ud.uuuui,uEIuuuuueu

. '::

u,u .'ll

u uE u u uI q IhiPu u' !E u: :uu u p u uu lt::!luIIl!u !qIßI1uI

' '

'!'i

ffII1E'q

uuIu: £HlII;lIl; !1i :u:u::ur:uuu:;:uI:uuuuuv:i:Hu::uI1:u:u:q:::uur. ::ui::u:uur:ï::::ra ::::::u::p::::u::rai :udrr u lilt I u

i

, d1 u I

r u

'uIuuEuuEIE!HEuuu rilE u u u uuuIHuuu :uu,, agIC fi E u u u u u 'h u iu Iuu3uhuuEIj,ffuE il u i ¡uuu I u pu

p

uuqp HE u'I E

'

uL

!!uuuu.:uI:::u:::!:u::u:u:u:suu::ru .... uJ_uuuu! u:::u . r

r.r.!u:u:

u...:uu:uun::::...a:...: ::hhu:u:::uhuuau,..

iu;h::::: .r:

E u I:::::uEu,uhiuu::::.:u::::::d ....uuuEuu: u...::. ::u!Iu::::h:U:::::u:u::u.:u::.uuEu.

r

4IIuuu i g

I

Iu

'

u uEui u u uu

.. r

e u EIuul!uE u;u nE1 ..

uL

E Ejj' uu u u: i uu u

i i u

r:::::uuuuiu:uu:; :u:;;u::::uuu::u:::uu;:::::;;u:::...u::::::u:r.::... ::u:uu::u u:::;a .:uu::uu:::uu.uu::::I:Ej;;.

...u;:"us:u:u:;u3:E::E;uu::t:uiuu:u::u::::::I:.u:u.:..uEu u:;:. :u:;;;;Euu;urru:;:

u:u;uu:r.9;::::uu:r... I

I

u u: uuu uk u

, uEuIL

eeju fl

u

EEE J:EuuukuiliuI udl

Iiu

E mEI u

n:u:u:::uruuuuuut 'u:u:uuï:uu::u::uuu; u:u::::::::::u:: ::r. :::uu

in: u::q::uu:uuu:u ::u:::...uui ::uuu:uu us:u:rv.u1uu:uEuuu: .uu:: nu. :::r.: i:u.:

:: !dIE!Ik uu 'hIE .!9EP uuu u, u ,bii Eu kd1 un: :u h '

u dE" k

i1 :u 1!luuEiJu n u : ukEI1, 'qEIihl3 u uEu UhI u 4 flil' h I .:::;.::u;wuu u u 1 l'Ei -uuu I saEuuuuut auu u

.0

uu u uuu zu u

uz

uu u u ai js i un. u u u IE:EE uE u 119 P I I 11uir u n tu: k u u Jit u uuu u k tu! u uEuuuuEu u j !uuu u'E IuIIE 'uh:u u i u I E:'p IJuuIIIuuIq1E::Euuu u k a9ull( lu9 . !E u Ed uu ii

:i"i.

a auipi9E!ui E11 u : ¿1:9 uE !Iu H dIPC "uIl I u hluPHuu' u E au1aaEq uu " 1 diul,, '

::

u" 111up5uuuu : E !1111f u ' uEuu1uu1Hh1, E:IEEI uEJ IL

:uju[

EÎuE'11 !'E u

uE1u!1!ld uiIIPIuPh! ¡JuPduE u9 b

'J

u

uEIIPIEdIL1hiEu

,h!Iidllliue,J!'9L1ui u" ? utEF'

Jalul uhuuEEuifiEuui u 'E b dIiu ,:E.iu.II u1E

I'4:

u E1 Illu EI'

'

E Eu4uItiuItp311uIu I lUEl!OhHiCiIll u!

u'!I

HulRIlE!1lHI E E!u E"uEluEd,' 4 i:;;:-.;:uugr;;uuu;ï: ;;uuuu;;:;;;u;;;uu:u::::uiu;;:;:u1EEu::u..:uu;:. ;u:u;;quu;;;; u;;;...:aru::u:u:;;;:j;;uuu:;;;:uI;;uu;uuuzuIu#u:au1uu:uu:u:uuuuu

uu:u;;;uLa. .u;;;;u;u;;ruu;;;q;uuu:uun. ..i...;;;iuuuu:;uu

u _j1E1 Ju uuu 'E: E i u

u u

u1'ui. uug

E tuai u

ur'

uuuu

Eu:uu

uu: u

Eu!

uuuuu u:$uu

uEuuuliuuu g:u uEa,uuuu, uu uil

u uu 1uj Juuu

uuudui u tu u

: i

Eus iu ulzul ui

ui

u ¡1u uu unu . . jiiIEi'!EEEiEE .!FE

uuuu::::uE.!u:::u::hu:uuu::u:.:.:.u.uI:uu:uu:uuuu:hEuuE u.uuuh:Ekh:h: .uu :uuu' ruru..."u!uuuuu!uluhugl:uuu:u uuhuau:uuud::uu:e

!"1 I:uIuEEilu

.uuu uhn:uuu: uh::u:h:t.hil. nu-nIhffu::j:u:::: :.uh.E.u:uu:E::::uu:uuE!h:h"::u!::::.:IIgu

iu i .uuuuuuu::u: iu:nr.uuuuau.uuu.u;uIuuuuu::uaruuEuuu; ;;::::uujuuu.u.Ia1au ur uiuuuuuauivau :IIr;uuuu:r.EIul.!:I.:::a:uu:u:lu:uuuuuu.. lEllikulid I huuu,u EhE uhu011u iuu lid huh E1J',u u u i u i 4iui, ff't uu hhI uu uuu ftiu uu JIu,IuEiiidIfluIiii,,ii IIIu!uIu 11Ju1u uujEII H uE ulul u h 'u: u ir z 9 u i Iu ' 'su: I u iuiuu u u !: uu ; 1 ' u 3hpuat nu !E u1 u E 2 1, ¡ a uu

'

u alu : qL

....i:u:u:uu::#:::u:::::uIu:u::. u...u:::;u:u:u.. ... .1nuuu:;p:r::::::u:::;::u::.a,a....a....

P

'.

uir ...:.:::::::E...n::uu ...1.:r...u::u:u::::E'u:E:::uu

. ...l: ;:::u ...u:u:u:::q:#::::::aa...:pJ u utuf Il Euuu11u uuuu u uu u uu u111 ud u u E uluur a uuuuuu u un'ui

lui r

au: E'

'

u!iai iu uuuuu

ii

Iu u u u u: u:

:j.0

u u

! niq..u

E

'uhr

',u E'!I

ululi:

L luT .i uuuu g,

iu

ui anu i ' u uEIu unIuI!Eu u a uF!uuEuu,uluuu

'

uu9

uudu IuEluTl9 u uuuu. uu u u a u ;uqqu: 9uu!uuui.ur

ur u. j

r u 'RHP" ' u : u p iuu u b u,1uuu.0 r , HEI , u ihuduEuu pii 'uuu .1...a... n., ..a.i.a....¡ u1 EuuEu lu Euuu 'uuiu . a u u u a uE .E11 uu hun 3Ju :uiuh a, Euu 1 u:uuu u i 'hluuu uu.uiuu aaaaaaa u u u au u u .a..

u:uu:...u:u::u::::pu::u:u::uu1uu::q':::u;:u:uzuu:iu:i::

uu:: u...:.0...:pz

::::'::

E uuilI.t.h!thEE!EW!EEu u u:": uu uua:I ..:. u:

(42)

-Voor S en £ moet flu een bepr. i verband gevonden worden

iit de registraies van de gedane roeven.

Volgens Dr. T. Koym is een mogelijk verband tassen b en

zoals in Fig. 18. Steds als een drernpelwaarde overschrijdt,

wordt eenbepaalde roerhoek ingesteld. De mens zou dus met een klein aantal diskrete

warden voor bet schip

oc koers houden. Deze aanname houdt in, dat als een histo-gram van gebruikte roerhoeken wordt gemaakt, e' bepaalde

pieken te zien zullen zijn.

S=

In Fig. 19 is zo'n hitogram gegeven, waarbj steeds als de roerganger een nieuwe roer-hoek instelt, deze roer-hoek als

waarnetning geldt. Dit

histo-gram geldt voor een geoefende proefpersoon. Hoewel een ze-kere voorkeur voor bepaalde roerhoeken aanwezig geacht kan

Fig. iR. 1-let verband tussen. worden, zin de pieken toch

S en ¿ volgens

g minder duideljk dan verwacht

Koyma.

werd. Mogeljk is ook het

aantal waarnemingen van invloed. en andere mogelijkheid voor het

maken van een histogram, is het signaal te bemonsteren. 0m een

zekere tijd t wordt hierbij een waarneming gedaan. I.v.m. de td

zijn dergelìjke historamnen voor n of meerdere proefpersonen nog niet gemaakt.

Uit Fig. 19 blijkt oak enigszins bet a-symmetrische gedra van de proefopstelling. Door diverse proefpersonen werd al c

opmerking gemaakt, dat het schip de neiging vertoonde naar stur-board te íaan. Nu is a-symmetrie op zich geen bezwaar en bj een enkelschroef schip zer realistisch, maar in dit geval is het

niet in de simulatie opgenornen. Bij verdere proefnemingen zal

met de invloed ervan rekening gehouden moeten worden.