ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОЙ МАРШЕВЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА

  • В. В. Костенко Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук
  • Н.А. Найденко Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук
  • И.Г. Мокеева Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук
  • А. Ю. Толстоногов Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук
Ключевые слова: Маршевый движитель, электропривод, гребной винт, математическая модель движителя, нагрузочные испытания, швартовная характеристика, методы управления тягой

Аннотация

Целью исследования является оценка достоинств и недостатков существующих ме-тодов управления тягой маршевых движителей (МД) необитаемого подводного аппарата (НПА). В качестве объекта исследования была принята математическая модель МД АНПА "Х-200" разработки ИПМТ ДВО РАН, состоящая из совокупности моделей гребного электродвигателя, гребного винта и блока управления двигателем. В ходе проведенных исследований решались следующие задачи: разработка математической модели бескол-лекторного гребного электродвигателя МД с уточнением параметров по результатам его нагрузочных испытаний; разработка математической модели гребного винта на основа-нии его кривых действия, определенных в соответствии с регрессионной базой модельных испытаний PROPS; разработка математической модели блока управления двигателем (БУД); моделирование реакции движителя на ступенчатое изменение заданной тяги с ре-гулированием электродвижущего момента электропривода по разомкнутому контуру, с обратной связью по частоте вращения гребного винта и с обратной связью по измеренной тяге. В результате проведенного моделирования реакции МД на ступенчатое изменение заданной тяги в швартовном режиме установлено, что варианты управления тягой разли-чаются только временем переходного процесса, а статическая ошибка регулирования практически отсутствует для всех вариантов. При этом было выявлено почти двукратное преимущество в быстродействии регулирования МД по тяге и частоте вращения над регулированием по моменту, обусловленное увеличенным энергопотреблением привода в переходном процессе. Моделирование управления МД при попутном потоке, обусловленной движением подводного аппарата, показало что регулирование по измеренной тяге имеет минимальную статическую ошибку и сопоставимое с регулированием по частоте вращения время переходного процесса.

Литература

1. Ageev M.D., Kasatkin B.A., Kiselev L.V. i dr. Avtomaticheskie podvodnye apparaty [Automat-ic underwater vehicles]. Leningrag: Sudostroenie, 1981, 223 p.
2. Bozhenov Yu.A., Borkov A.P., Gavrilov V.M. i dr. Samokhodnye neobitaemye podvodnye apparaty [Self-propelled uninhabited underwater vehicles], under the General ed. of I.B. Ikonnikova. Leningrad: Sudostroenie, 1986, 264 p. 3. Blidberg D.R. The development of autonomous underwater vehicles (AUV); a brief summary, IeeeIcra, 2001, Vol. 4, pp. 1-12. 4. Griffiths G. (ed.). The technology and applications of autonomous underwater vehicles (Ocean Science and Technology, 2), 2003, Vol. 2. Abingdon, UK. Taylor & Francis, 360 p.
5. Ageev M.D., Kiselev L.V., Matvienko Yu.V. i dr. Avtonomnye podvodnye roboty: sistemy i tekhnologii [Autonomous underwater robots: systems and technology], under the General ed. of M.D. Ageeva. Moscow: Nauka, 2005, 223 p.
6. Voytov D.V. Avtonomnye neobitaemye podvodnye apparaty [Autonomous uninhabited under-water vehicles]. Moscow: Morkniga, 2015, 332 p.
7. Inzartsev A.V., Kiselev L.V., Kostenko V.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Shcherbatyuk A.F. Podvodnye robototekhnicheskie kompleksy: sistemy, tekhnologii, primenenie [Underwater ro-botic systems: systems, technologies, applications], responsible ed. L.V. Kiselev. Vladivostok, 2018, 368 p.
8. Matvienko Yu.V., Boreyko A.A., Kostenko V.V., L'vov O.Yu., Vaulin Yu.V. Kompleks robototekhnicheskikh sredstv dlya vypolneniya poiskovykh rabot i obsledovaniya podvodnoy infrastruktury na shel'fe [Complex robotic tools to perform searches and surveys of underwater infrastructure on the shelf], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Investiga-tion and Robotics], 2015, No. 1 (19), pp. 4-15.
9. Kostenko V.V. Algoritmy upravleniya dvizhitel'no-rulevym kompleksom privyaznogo teleupravlyaemogo podvodnogo apparata [Algorithms for controlling the propulsion-steering complex of a tethered remote-controlled underwater vehicle], Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, control], 2006, No. 9, pp. 31-36.
10. Kostenko V.V., Pavin A.M. K voprosu obespecheniya nezavisimosti upravlyayushchikh vozdeystviy dvizhitel'no-rulevogo kompleksa podvodnogo apparata [On the issue of ensuring the independence of control actions of the propulsion-steering complex of the underwater ve-hicle], Mater. 6-y nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Tekhnicheskie problemy osvoeniya mirovogo okeana». Vladivostok, 28 sentyabrya – 2 oktyabrya 2015 [Proceeding of the 6th sci-entific and technical conference "Technical problems of development of the oceans», Vladi-vostok, September 28 – October 2. 2015], pp. 118-123.
11. Kostenko V.V., Tolstonogov A.Yu. AUV Thrust Allocation with Variable Constraints, ADV. Syst. SciAppl, 2017, No. 3, pp. 1-8. Available at: http://ijassa.ipu.ru/ojs/ijassa/article/view/502.
12. Kostenko V.V., Tolstonogov A.Yu. Zadacha dekompozitsii upravleniya dvizheniem ANPA s uchetom izmenyayushchikhsya ogranicheniy marshevykh dvizhiteley [AUV's Motion Control Allocation with Variable Properties of Propulsion System], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No. 1 (203), pp. 199-211.
13. Belen'kiy Yu.M., Zelenkov G.S., Mikerov A.G. Opyt razrabotki i primeneniya beskontaktnykh momentnykh privodov [Experience in the development and application of brushless torque drives]. Leningrad: LDNTP, 1987, 28 p.
14. Emel'yanov A.A., Beskletkin V.V., Agzamov I.M. i dr. Matematicheskoe modelirovanie dvigatelya postoyannogo toka v sisteme otnositel'nykh edinits v Matlab i Si [Mathematical modeling of a DC motor in a system of relative units in Matlab and C], Molodoy uchenyy [Young scientist], 2019, No. 11, pp. 1-7. Available at: https://moluch.ru/archiv/249/57298/ (accessed 23 February 2020). 15. Abu Sharkh S., Harris M.R., Crowder R.M., Chappell P.H., Stoll R.L. and Sykulski J.K. Design considerations for electric drives for the thrusters of unmanned underwater vehicles, 6th Europe-an Conference on peer Electronics and Applications, Sevilla, 1995, pp. 799-801.
16. Kostenko V.V., Mikhaylov D.N., Naydenko N.A. Opredelenie parametrov grebnogo elektroprivoda po rezul'tatam nagruzochnykh i basseynovykh ispytaniy [Determination of the parameters of the electric propeller drive according to the results of load and pool tests], Ma-ter. 5-y nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Tekhnicheskie problemy osvoeniya mirovogo okeana», Vladivostok, 30 sentyabrya – 4 oktyabrya 2013 [Proceeding of the 5th scientific and technical conference "Technical problems of development of the oceans», Vladivostok, Sep-tember 30 - October 4, 2013], pp. 389-395. ISBN 978-5-8044-1409-3.
17. 42 mm High Torque Brushless Motor. Available at: http://motor-fulling.com/6-7-high-torque-brushless-motor.html (accessed 25 February 2020).
18. Kostenko V.V., Mikhaylov D.N., Nechaev V.D., Tolstonogov A.Yu. Otsenka trebovaniy k grebnomu elektroprivodu avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata [Assessment of requirements for the rowing electric drive of an Autonomous uninhabited underwater vehicle], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2017, No. 1-2 (186-187), pp. 97-108.
19. Daidola J.C, Johnson F.M. Propeller Selection and Optimization Program, Manual for the Society of Naval Architects and Marine. NY.: Society of Naval Architects and Marine, 1992, 258 p.
20. Pantov E.N, Makhin N.N., Sheremetov B.B. Osnovy teorii dvizheniya podvodnykh apparatov [Fundamentals of the motion's theory of underwater vehicles]. Leningrad: Sudostroenie, 1973, 210 p.
21. Entsiklopediya po mashinostroeniyu XXL. Oborudovanie, materialy, mekhanika [Encyclope-dia of Mechanical Engineering XXL. Equipment, materials, mechanics]. Available at: https://mash-xxl.info/info/296203/ (accessed 19 February 2020).
22. Sorensen A.J. "3.6 Methods for Thrust Control Asgeir J. Sorensen". The Ocean Engineering Handbook. 2000 Dec 28.
Опубликован
2020-07-10
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ