Selvitys autopilotin toteutuksesta purjelaivassa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin autopilottijärjestelmien toimintaa sekä selvitettiin, miten järjestelmä voidaan toteuttaa Helsingin Purjelaivakonttorin m/aux Svanhild aluksessa. Työn tavoitteena oli selvittää miten erilaiset autopilottijärjestelmät toimivat säätömenetelmien kannalta, tunnistaa erilaiset purjelaivan asettamat rajoitteet ja muut järjestelmän mahdolliset virheet. Työssä valittiin markkinoilta hinnan, tarkkuuden ja helppokäyttöisyyden näkökulmasta paras autopilottijärjestelmä tapauslaivaan.

Työn kirjallisuuskatsauksessa perehdyttiin erilaisiin säätömenetelmiin, joilla voidaan toteuttaa säätö autopilotissa. Havaittiin, että PID-algoritmi on yleisesti käytössä oleva säätömenetelmä sen yksinkertaisuuden vuoksi, mutta kyseiseen menetelmään liittyy sen säätöparametreistä johtuvia rajoitteita. Tämän lisäksi tutkittiin monimutkaisempia vaihtoehtoisia menetelmiä, joita ovat adaptiivinen säätö, neuroverkkoihin ja sumeaan logiikkaan perustuva säätö sekä mallipredikatiivinen säätö. Nämä monimutkaisemmat säätömenetelmät pystyvät vastaamaan purjelaivan ohjauksen epälineaariseen luonteeseen, mutta ovat hyvin paljon haastavampia toteuttaa kuin PID-säädin.

Työssä vertailtiin neljän eri valmistajan tarjoamaa markkinoilla saatavilla olevaa autopilottijärjestelmää ja tutustuttiin niiden ominaisuuksiin. Vertailun perusteella valikoitiin Svanhild laivaan parhaiten sopiva järjestelmä hinnan, tarkkuuden ja helppokäyttöisyyden näkökulmasta. Asennettavaksi järjestelmäksi valittiin Furunon NAVpilot 1000 autopilottijärjestelmä. Työssä suunniteltiin, miten valittu järjestelmä asennetaan tapauslaivaan sekä millaisia muita komponentteja asennuksessa tarvitaan. Asennus ja testaus rajattiin työn ulkopuolelle.

This bachelor’s thesis examined the operation of autopilot systems and investigated how this system could be implemented on m/aux Svanhild, a ship operated by Helsingin Purjelaivakonttori. The aim of this study was to analyze how different autopilot systems function from a control theory perspective, to identify the constraints coming from the dynamics of a sailing vessel, and to assess other potential sources of error within the system. Furthermore, the study evaluated commercially available autopilot systems and selected the most suitable option for the case vessel based on cost, accuracy and usability.

The literature review examined various control methods applicable to autopilot systems. The PID algorithm is a widely used control method due to its simplicity, however it’s subject to limitations caused by the fixed control parameters. In addition, more advanced alternative methods were reviewed, including adaptive control, adaptive neuro-fuzzy interference system and model predictive control. These more sophisticated control methods are better suited to address the non-linear nature of sailing vessel steering, but they are more complex and therefore harder to implement than a simple PID controller.

The study compared autopilot systems offered by four different manufacturers and examined their features and specifications. Based on this comparison, the Furuno NAVpilot 1000 autopilot system was selected as the most suitable option for the Svanhild ship considering cost, accuracy and usability. The thesis outlined the installation process for the selected system and identified the additional components required for the integration of the system into the vessel. The physical installation and testing were defined as outside of the scope of this thesis.