УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ АНПА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА МАРШРУТНОЙ ТРАЕКТОРИИ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОТКАЗОВ

  • Л. А. Мартынова АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
  • М. Б. Розенгауз АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Ключевые слова: Автономный необитаемый подводный аппарат, маршрутное задание, отказ исполнительного устройства, управление движением

Аннотация

Целью исследований является возвращение автономного необитаемого подводного ап-
парата на маршрутную траекторию в кратчайший срок после проведения обсервации при
возникновении отказов в исполнительных устройствах, обеспечивающих движение аппарата.
Необходимость решения задачи вызвана тем, что при преодолении аппаратом расстояний в
несколько тысяч километров возникает отклонение его положения от маршрутной траекто-
рии ввиду накопления погрешности счисления координат бортовой инерциальной навигацион-
ной системой. В результате аппарат вынужден возвращаться на маршрутную траекторию,
в ходе которого возможно возникновение отказа в исполнительных устройствах, обеспечи-
вающих движение аппарата. Ранее в такой постановке задача не рассматривалась, а подхо-
ды, используемые в аналогичных ситуациях к беспилотным летательным аппаратам, оказа-
лись непригодными. Наиболее характерными причинами, отличающими подводный аппарат
от беспилотника, являются: различие в причинах отклонения от маршрутной траектории
(инерциальная система у аппарата и ветер у беспилотника), отсутствие навигации по сигна-
лам спутниковых радионавигационных систем и невозможность контроля своего местопо-
ложения при возвращении на маршрут, низкая маневренность аппарата по сравнению с бес-
пилотником. Для решения задачи обеспечения движения аппарата к маршрутной траектории
в случае возникновения отказа исполнительного устройства, обеспечивающего движение ап-
парата, предложено взамен отказавшего устройства выбрать альтернативное из числа дуб-
лирующих. Выбор дублирующего устройства определен, прежде всего, моментом, создавае-
мым устройством для маневрирования аппарата по курсу. При этом показано, что ввиду ог-
раничений на возможности дублирующего устройства обеспечить аппарату требуемый ма-
невр по курсу, необходимо выбирать также и траекторию движения аппарата при возвраще-
нии на маршрутную траекторию. Для этого были проанализированы пять возможных мето-
дов возвращения, отличающихся динамикой изменения курса, протяженностью пути, про-
должительностью маневрирования. С учетом плавности изменения курса для каждой траек-
тории были определены наиболее подходящие исполнительные устройства, способные обеспе-
чить движение аппарата по выбранной траектории. Основным критерием при выборе тра-
ектории, наряду с учетом ограничений, являлась минимизация пройденного пути до маршрут-
ной траектории с целью экономии энергоресурса аппарата. После выбора исполнительного
устройства и траектории движения аппарата для восстановления на маршрутной траекто-
рии приведена последовательность вычислений для определения параметров исполнительного
устройства в каждый момент времени на всем протяжении возвращения аппарата на мар-
шрутную траекторию. Результаты проведенных исследований позволили решить задачу вос-
становления положения автономного необитаемого подводного аппарата на маршрутной
траектории за кратчайшее время при возникновении отказа в исполнительных устройствах,
обеспечивающих его движение.

Литература

1. Appolonov E.M., Bachurin A.A., Gorokhov A.I., Ponomarev L.O. O vozmozhnosti i neobkhodimosti
sozdaniya sverkhbol'shogo neobitaemogo podvodnogo apparata [On the possibility and necessity of
creating an extra-large uninhabited underwater vehicle], Sb. materialov XIII Vserossiyskoy nauchnoprakticheskoy
konferentsii «Perspektivnye sistemy i zadachi upravleniya» [Proceedings of the XIII
All-Russian Scientific and Practical Conference "Perspective Systems and Control Problems"]. Rostov-
on-Don – Taganrog: YuFU, 2018, pp. 34-42.
2. Martynova L.A., Mashoshin A.I., Pashkevich I.V., Sokolov A.I. Algoritmy, realizuemye
integrirovannoy sistemoy upravleniya ANPA [Algorithms implemented by the integrated control
system of AUV], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2015, No. 1 (162), pp. 50-58.
3. Lukomskiy Yu.A., Peshekhonov V.G., Skorokhodov D.A. Navigatsiya i upravlenie dvizheniem
sudov [Navigation and ship traffic control]. Saint Petersburg: Elmor, 2002, 359 p.
4. Martynova L.A., Mashoshin A.I., Pashkevich I.V. Podkhody k otsenke effektivnosti avtonomnogo
neobitaemogo podvodnogo apparata Upravlenie v morskikh i aerokosmicheskikh sistemakh
(UMAS-2016). Saint Petersburg: AO «Kontsern «TSNII «Elektropribor», 2016, pp. 205-209.
5. Martynova L.A. Metod effektivnogo uderzhaniya polozheniya ANPA na marshrutnoy traektorii pri
vedenii seysmorazvedki [Method of effective retention of the AUV position on the route trajectory
during seismic exploration], Informatsionno-upravlyayushchie sistemy [Information and control systems],
2018, No. 3, pp. 34-44. DOI: 10.15217/issn1684-8853.2018.3.34.
6. Martynova L.A., Rozengauz M.B. Podkhod k rekonfiguratsii sistemy upravleniya dvizheniem
avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata [Approach to the reconfiguration of the
motion control system of an autonomous unmanned underwater vehicle], Giroskopiya i
navigatsiya [Gyroscopy and navigation], 2020, Vol. 28, No. 2 (109), pp. 131-146.
7. Lyamina E.A. Algoritmy upravleniya dvizheniem gruppy ANPA po poiskovym traektoriyam
[Algorithms of motion control of the AUV group along the search trajectories]. Available at:
http://sntbul.bmstu.ru/doc/637281.html (accessed 15 May 2021).
8. Zubov N.E., Mikrin E.A., Ryabchenko V.N., Proletarskiy A.V. Analiticheskiy sintez zakonov
upravleniya bokovym dvizheniem letatel'nogo apparata [Analytical synthesis of the laws of
lateral motion control of the aircraft], Izvestiya vuzov. Aviatsionnaya tekhnika [News of higher
educational institutions. Aviation equipment], 2015, No. 3, pp. 14-20.
9. Zubov N.E., Mikrin E.A., Ryabchenko V.N., Efanov D.E. Analiticheskiy sintez zakonov
upravleniya prodol'nym dvizheniem letatel'nogo apparata [Analytical synthesis of the laws of
control of the longitudinal motion of the aircraft], Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser.
“Priborostroenie” [Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Instrument
Engineering], 2015, No. 2, pp. 3-14.
10. Zybin E.Yu., Kos'yanchuk V.V. Analiticheskiy sintez mnogosvyaznykh otkazoustoychivykh
sistem upravleniya s uproshchennoy skhemnoy realizatsiey [Analytical synthesis of multiply
connected fault-tolerant control systems with a simplified circuit implementation], Izvestiya
RAN. Teoriya i sistemy upravleniya [Izvestiya RAN. Theory and control systems], 2010,
No. 1, pp. 108-117.
11. Shuping Hou, Jian Xu, Zheping Yan Implementation of Autonomous Reconfigured Control for
AUV Based on Fault Detection and Isolation. DOI: 10.1109/ICMA.2007.4303543.
12. Ochkov V.F., Vasil'eva I.E. Primenenie raznostnykh skhem k resheniyu zadachi o pogone
[Application of Difference Schemes to Solving the Pursuit Problem], Tr. SPIIRAN [Proceedings
of SPIIRAS], 2019, 18 (6), pp. 1407-1433. Available at: https://doi.org/10.15622/
sp.2019.18.6.1407-1433.
13. Petrosyan L.A., Mazalov V.V. Recent Advances in Game Theory and Applications. Springer
International Publishing, 2016, 284 p.
14. Mazalov V., Chirkova J.V. Networking Games. Network Forming Games and Games on Networks.
Academic Press, 2019, 322 p.
15. Petrosyan L.A. Differential Games of Pursuit. World Scientific, 1993. 332 p.
16. Isaacs R. Differential Games: A Mathematical Theory with Applications to Warfare and Pursuit,
Control and Optimization. Courier Corporation, 1999, 416 p.
17. Kumkov S.S., Le Menec S., Patsko V.S. Zero-sum pursuit-evasion differential games with many
objects: survey of publications, Dynamic Games and Applications, 2017, Vol. 7, No. 4, pp. 609-633.
18. Ramana M.V., Kothari M. Pursuit-evasion games of high speed evade, Journal of Intelligent &
Robotic Systems, 2017, Vol. 85, No. 2, pp. 293-306.
19. Pan'kov S.Ya. Teoriya i metodika upravleniya aviatsiey. ucheb. posobie v 2 ch. [Theory and
methods of aviation management]. study allowance in 2 hours], under the general ed.
V.A. Meshcheryakova. Ul'yanovsk: TSUVAU GA, 2006, 190 p.
20. Dohi N., Baba Y., Takano H. Modified proportional navigation for a missile with varying velocity
- comparison with the optimal guidance, The proceeding of 24th international congress
of the aeronautical sciences ICAS – 2004. Yokohama, Japan, 2004, Vol. 7, pp. 207-215.
21. Palumbo Neil F., Blauwkamp Ross A., Lloyd Justin M. Modern homing missile guidance theory
and techniques, Johns Hopkins APL Technical digest, USA, 2010, Vol. 29, No. 1, pp. 42-59.
22. Aranovich G.P., Mikhaylin D.A. Upravlenie i navedenie samoletov i raket [Control and guidance
of aircraft and missiles]. Available at: https://mai.ru/upload/iblock/efa/efab8f94fdae57
f3174761563981a21b.pdf (accessed 21 May 2021).
23. Solov'ev G.A., Chugunova V.A. Metod navedeniya letatel'nykh apparatov na nazemnye ob"ekty
s ispol'zovaniem BRLS S SAR [Method of guidance of flying vehicles to ground objects using
radar with ATS], Tr, SPIIRAN [Proceedings of SPIIRAS], 2013, Issue 4 (27), pp. 156-171.
24. Kulifeev Yu.B., Mironova M.M. Algoritmy avtomaticheskogo upravleniya bokovym
dvizheniem udarnogo bespilotnogo letatel'nogo apparata samoletnogo tipa na vozdushnom
uchastke poleta [Algorithms for automatic control of lateral movement of an unmanned aircraft-
type strike unmanned aerial vehicle in the air segment of the flight], Tr. MAI [Proceedings
of the MAI], 2015, Issue No. 84, pp. 1-14.
Опубликован
2022-03-02
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. УПРАВЛЕНИЕ В АВИАЦИОННЫХ, РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ