Improving the Phase Plane Method to Study the Influence of the “Bifurcation Memory” Effect on Ship Dynamics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The study of the “bifurcation memory” effect plays an important role in the study of dynamic features of real systems. Practical interest lies in studying the possibility of predicting a temporary decrease in response to control, which can significantly improve navigation safety. The effect of “bifurcation memory” is a temporary decrease in the phase velocity of the imaging point when passing through a certain area (“phase spot”) on the phase plane. A “phase spot” appears near the equilibrium state that disappeared during bifurcation. Over the almost half-century history of studying this dynamic feature, very few methods have been proposed that make it possible to unambiguously and with sufficient accuracy identify the “bifurcation memory” effect. This article proposes an improved phase plane method, which consists in constructing a phase velocity hodograph. A distinctive feature of the proposed method is not only that it surpasses previously developed methods in accuracy, but also covers both phase coordinates, and also gives an adequate result for any initial conditions. The method is quite universal and can be used to study the effect of “bifurcation memory” in various dynamic systems. Information about the boundary values of the parameter – the rudder angle, at which the effect of “bifurcation memory” begins (ends) to manifest itself can be used, for example, in the problem of optimizing the design of the hull and rudders or when creating control algorithms.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Chernyshov

Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R.E. Alekseev

Author for correspondence.
Email: andrey.chernyshov5@gmail.com
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603155

S. A. Chernyshova

Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R.E. Alekseev

Email: sofya.chernyshova99@gmail.com
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603155

References

  1. A.A. Andronov, A.A. Witt, and S.E. Khaykin, Theory of Oscillations (Fizmatgiz, Moscow, 1959; Cambridge Univ. Press, 1966).
  2. A.V. Moskalenko, R.K. Tetuev, and S.A. Makhortykh, Preprint No. 109, Keldysh Institute of Applied Mathematics (KIAM PAS, Moscow, 2019). https://doi.org/10.20948/prepr-2019-109
  3. M.I. Feigin and M.M. Chirkova, “On the existence of a reduced controllability domain for ships unstable with respect to the course angle,” Izv. AN. SSSR. Mekh. Tverd. Tela, No. 2, 73–78 (1985).
  4. M.I. Feigin, “Investigations of bifurcation memory effects in behaviour of nonlinear controlled systems,” in Proc. 1st Inter. Conf. Control of Oscillations and Chaos Proceedings (IEEE, St. Petersburg, 1997), Vol. 3, pp. 474–477. https://doi.org/10.1109/COC.1997.626647
  5. M.I. Feigin, A.V. Preobrazhensky, and V.V. Sataev, “The effect of bifurcation memory in the dynamics of the vessel,” Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin, No. 3, 104–107 (2001).
  6. M.A. Kagan and M.I. Feigin, “To the theory of bifurcation memory effects,” Mech. Solids 37 (6), 34–41 (2002).
  7. A.V. Chernyshov and S.A. Chernyshova, “A method of investigating the phenomenon of bifurcation memory in the dynamics of river ships,” Russ. J. Nonlin. Dyn. 18 (2), 171–181 (2022). https://doi.org/10.20537/nd220202
  8. R.Y. Pershits, Controllability and Control of the Ship (Sudostroienie, Leningrad, 1987) [in Russian].
  9. F.I. Ataullakhanov, E.S. Lobanova, O.L. Morozova, et al., “Intricate regimes of propagation of an excitation and self-organization in the blood clotting model,” Phys. Usp. 50, 79–94 (2007). https://doi.org/10.1070/PU2007v050n01ABEH006156

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. “Phase spots" (V) on the static-dynamic plane OωU. The presence of “phase spots” is a criterion for the manifestation of the “bifurcation memory” effect; UM is the minimum value of the parameter at which the image point no longer falls into the “phase spot”, UBIF is the bifurcation value of the parameter.

Download (66KB)
3. Fig. 2. The absence of the "bifurcation memory" effect: т.Fm – the point of intersection of the trajectory l of the accelerated motion area (A) towards the slow motion area (D).

Download (36KB)
4. Fig. 3. The effect of “bifurcation memory”: t.F1 and t.Fm are the points of intersection of the trajectory l with the boundary of the region of accelerated motions (A) towards the region of slow motions (D); Ui ∈[UBIF,Umax]. Region C is the region of initial conditions that limit the application of the method [٧].

Download (43KB)
5. Fig. 4. The phase velocity hodograph built for the vessel Volgoneft-71 at U = 5°, . The arrows show the direction of movement of the radius vector over time. Initial conditions: point.

Download (60KB)
6. Fig. 5. The phase velocity hodograph built for the Volgoneft-71 vessel at U = UM (UM = 22°). The arrows show the direction of movement of the radius vector over time. The initial conditions correspond to the point .

Download (38KB)
7. Fig. 6. The phase velocity hodograph built for the vessel Volgoneft-71 at U = 5°, . The arrows show the direction of movement of the radius vector over time. Initial conditions: point.

Download (31KB)
8. Fig. 7. Object: Volgoneft-71. A phase plane with regions (A) and (D) (method [7]), isolines of phase velocities , , (hodograph method of phase velocity); l is the phase trajectory. Initial conditions: point ; U = 5°, .

Download (53KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».