Optimization Based System Identification for the milliAmpere Ferry

Abstract

I denne avhandlingen presenteres funnene av eksperimentelle tester og systemidentifikasjon av milliAmpere fergen. Fokuset i denne rapporten er å identifisere en skipsmodell med tre frihetsgrader som beskriver fergens dynamikk, en thrustermodell som beskriver propell og asimutdynamikk og en vindlastmodell som beskriver vindkraften som virker på ferga. Ved å bruke optimal kontrollteori implementeres en simuleringsbasert identifiseringsmetode i Matlab og brukes til å identifisere modellene. Den optimale løsningen er funnet ved å definere et optimalt kontrollproblem og ved å transkribere det til et ikke-lineært program og løse det ved hjelp av interior-point metode. Identifikasjonsmetoden er testet og verifisert ved å bruke simuleringsdata hentet fra en grey-box modell. Metoden er ytterligere validert ved å identifisere to dynamiske skipsmodeller for ferga, og modeller for dens thrustere. Modellenes ytelse er verifisert ved kryssvalidering.

In this report the findings of experimental tests and system identification of the milliAmpere ferry is presented. The focus of this report is to identify a three degree of freedom ship model that describes the dynamics of the ferry, a thruster model describing propeller and azimuth dynamics and a wind load model describing the wind forces on the ferry. By using optimal control theory, a simulation-based identification method is implemented in Matlab and used to identify the models. The optimal solution is found by defining an optimal control problem and then transcribing it into an nonlinear program and solving it using an interior point method. The identification method is tested and verified by using simulation data obtained from simulating a grey box model. The method is further validated by identifying two dynamic ship models for the milliAmpere ferry, and models for its thrusters. Their performance is verified by cross validation. In addition the wind model is used to find the operating capabilities of the ferry.