ЗАДАЧА ДЕКОМПОЗИЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АНПА С УЧЕТОМ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ОГРАНИЧЕНИЙ МАРШЕВЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ

  • В.В. Костенко Федеральное государственное бюджетное учрежде-ние науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук
  • А.Ю. Толстоногов Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук
Ключевые слова: Автономные необитаемые подводные аппараты, движительно-рулевой комплекс, управляющие воздействия, задача декомпозиции, регуляторы движения

Аннотация

Целью исследования является повышение точности траекторного движения авто-номных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) за счет использования алгоритмов управления, учитывающих влияния скорости хода на характеристики маршевых движите-лей. Дана формальная постановка задачи распределения управляющих воздействий между маршевыми движителями, обладающего малой чувствительностью к изменению их ста-тических характеристик на стационарных режимах движения в широком диапазоне ско-ростей. Предложена методика оценки влияния скорости хода АНПА на упор маршевого движителя, основанная на результатах гидродинамического расчета гребного винта и нагрузочных испытаний приводного электродвигателя. Определена зависимость макси-мального упора движителя от скорости хода при регулировании электропривода по мо-менту для всего диапазона скоростей движения аппарата относительно воды. Предложен алгоритм расчета статической характеристики движителя, основанный на масштабиро-вании его экспериментальной швартовной характеристики в соответствии с изменением максимального упора на известной скорости хода. Разработан алгоритм декомпозиции управляющих воздействий, обеспечивающий их точную и независимую реализацию марше-выми движителями во всем диапазоне скоростей хода АНПА. Полученные результаты позволяют в дальнейшем аналитически решить актуальную задачу адаптивного перераспределения упоров маршевых движителей между регуляторами движения вариацией пор-ционных ограничений в соответствии с назначенным рейтингом и целевым значением управляющих воздействий. Таким образом может быть обеспечена максимальная эффек-тивность использования возможностей движительно-рулевого комплекса и увеличена точность траекторного движения.

Литература

1. Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В. и др. Автоматические подводные аппараты. – Л.: Судостроение, 1981. – 223 с.
2. Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы: систе-мы и технологии / под общ. ред. М.Д. Агеева. – М.: Наука, 2005. – 223 с.
3. Инзарцев А.В., Киселев Л.В., Костенко В.В., Матвиенко Ю.В., Павин А.М., Щербатюк А.Ф. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение / под ред. Л.В. Киселева. – Владивосток: ИПМТ ДВО РАН, 2018. – 368 с.
4. Матвиенко Ю.В., Борейко А.А., Костенко В.В., Львов О.Ю., Ваулин Ю.В. Комплекс робототехнических средств для выполнения поисковых работ и обследования подвод-ной инфраструктуры на шельфе // Подводные исследования и робототехника. – 2015. – № 1 (19). – С. 4-15.
5. Костенко В.В. Алгоритмы управления движительно-рулевым комплексом привязного телеуправляемого подводного аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2006. – № 9. – C. 31-36.
6. Костенко В.В., Павин А.М. К вопросу обеспечения независимости управляющих воз-действий движительно-рулевого комплекса подводного аппарата // Матер. 6-й научно-технической конференции «Технические проблемы освоения мирового океана», Влади-восток, 28 сентября – 2 октября 2015. – C. 118-123.
7. Kostenko V.V., Tolstonogov A.Yu. AUV Thrust Allocation with Variable Constraints. ADV // Syst. Sci Appl. – 2017. – No. 3. – P. 1-8. – http://ijassa.ipu.ru/ojs/ijassa/article/view/502.
8. 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.
9. Костенко В.В., Михайлов Д.Н., Нечаев В.Д., Толстоногов А.Ю. Оценка требований к гребному электроприводу автономного необитаемого подводного аппарата // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 1-2 (186-187). – С. 97-108.
10. Пантов Е.Н, Махин Н.Н., Шереметов Б.Б. Основы теории движения подводных аппара-тов. – Л.: Судостроение, 1973. – 210 c.
11. Борейко А.А., Горнак В.Е., Костенко В.В., Найденко Н.А., Хмельков Д.Б. Опыт разработ-ки вентильного электропривода движителей подводного аппарата // Матер. научно-технической конференции «Технические проблемы освоения мирового океана», Влади-восток, 2-5 октября 2007 г. – C. 135-140.
12. https://www.alentum.com/agrapher/.
13. Борейко А.А., Горнак В.Е., Мальцева С.В., Михайлов Д.Н. Малогабаритный многофунк-циональный автономный необитаемый подводный аппарат "МТ-2010" // Подводные ис-следования и робототехника. – 2011. – № 2 (12). – С. 37-42.
14. Киселев Л.В., Медведев А.В. Сравнительный анализ и оптимизация динамических свойств автономных подводных роботов различных проектов и конфигураций // Под-водные исследования и робототехника. – 2012. – № 1 (13). – С. 24-35.
15. Fasano A., Ferracuti F., Freddi A., Longhi S., Monteriù A. A Virtual Thruster-Based Failure Tolerant Control Scheme for Underwater Vehicles // IFAC-PapersOnLine. – 2015. – Vol. 48, Issue 16. – P. 146-151. – https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.10.272. – ISSN 2405-8963.
16. Vega Emanuel & Chocron Olivier & Benbouzid Mohamed. AUV Propulsion Systems Modeling Analysis // International Review on Modelling and Simulations. – 2014. – No. 7. – P. 827-837. 10.15866/iremos.v7i5.3648.
17. Vega, E.P., Chocron, O., Ferreira, J.V., Benbouzid, M.E.H., Meirelles, P.S. Evaluation of AUV fixed and vectorial propulsion systems with dynamic simulation and non-linear control // In: 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2015. – P. 944-949. IEEE, 2015.
18. Palmer A.R. Analysis of the propulsion and manoeuvring characteristics of survey-style AUVs and the development of a multi-purpose AUV. Ph.D. thesis, School of Engineering Sciences, Faculty of Engineering, Science & Mathematics, University of Southampton, UK, 2009.
19. Chocron Olivier & Vega Emanuel & Benbouzid Mohamed. Dynamic reconfiguration of auton-omous underwater vehicles propulsion system using genetic optimization // Ocean Engineer-ing. 156. 564–579. 10.1016/j.oceaneng. 2018.02.056.
20. Chocron O., Vega, E.P., Benbouzid, M.E.H. Evolutionary dynamic reconfiguration of AUVs for underwater maintenance / In: Jaulin L. (ed.) // Marine Robotics and Applications, Ocean Engineering & Oceanography. – Springer, Cham, 2018. – Vol. 10. – P. 137-178.
Опубликован
2019-05-08
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ, ПРИВОДНАЯ И ДАТЧИКОВАЯ АППАРАТУРА