СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА ПОДЪЕМА ПОДВОДНОГО ГРУЗА
Аннотация
Для транспортировки подводного груза применяется судно-носитель (СН). Судно носитель
оснащается комплексом подъема подводного груза, предназначенным для захвата груза, его подъ-
ема, закрепления на СН и транспортировки к пункту базирования. Комплекс подъема подводного
груза включает: спускаемый модуль, механизм подъема, механизм фиксации, механизм демпфиро-
вания и систему управления. В статье представлены результаты разработки математической
модели подводного груза, который описан на основании теорем об изменении количества движе-
ния и кинетического момента механической системы. В уравнениях линейного и углового переме-
щений груза присутствует присоединенная к нему масса жидкости. С учётом относительно ма-
лых линейных и угловых скоростей, а также малых углов вращения выполнена линеаризация урав-
нения динамики в скалярном виде. Модель груза реализована в стандартных блоках системы ими-
тационного моделирования. Для синтеза системы управления груз представлен передаточной
функцией в виде апериодического звена второго порядка. В работе синтезирован трехконтурный
подчиненный регулятор груза с обратными связями по положению, по скорости и по току. Полу-
чены выражения для расчёта обобщённых динамических характеристик замкнутой систем вто-
рого порядка в зависимости от относительного коэффициента усиления регулятора, рассчитаны
параметры системы. Исследования, проведенные на математических моделях системы, позволи-
ли получить начальные сведения о линейном и угловом перемещении спускаемого модуля в устано-
вившемся режиме, перемещении точек внешнего и внутреннего подвесов, величине силы на тросах,
о моменте и скорости, развиваемых электродвигателями лебедок. Моделирование режимов спус-
ка, стабилизации и подъема позволили скорректировать параметры оборудования и добиться
удовлетворительных результатов функционирования комплекса.
Литература
[On the issue of choosing a coordinate system when studying the dynamics of underwater cargo], Morskie
intellektual'nye tekhnologii [Marine intelligent technologies], 2015, Vol. 1, No. 2 (28), pp. 19.
2. Huang H., Tang Q., Li H. et al. Vehicle-manipulator system dynamic modeling and control for underwater
autonomous manipulation, Multibody Syst Dyn, 2017, 41, pp. 125-147. Available at:
https://doi.org/10.1007/s11044-016-9538-3.
3. Sharma A.K., Saha S.K. Simplified drag modeling for the dynamics of an underwater manipulator,
IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2019, Vol. 46, No. 1, pp. 40-55.
4. Kurshin A.V. Kompleksirovanie na podvodnom apparate dannykh inertsial'noy navigatsionnoy
sistemy, magnitometra i global'noy navigatsionnoy sputnikovoy sistemy GLONASS: dis. … kand.
tekhn. nauk [Integration of data from an inertial navigation system, magnetometer and global navigation
satellite system GLONASS on an underwater vehicle: cand. of eng. diss.]: 05.13.01. Moscow,
2016, 144 p.
5. Chang Z. et al. Dynamics Simulation of Grasping Process of Underwater Vehicle-Manipulator System,
Journal of Marine Science and Engineering, 2021, Vol. 9, No. 10, pp. 1131.
6. Afonichev D.N., Pilyaev S.N., Stepin M.A. Matematicheskaya model' upravlyaemogo asinkhronnogo
elektrodvigatelya [Mathematical model of a controlled asynchronous electric motor], Povyshenie
effektivnosti ispol'zovaniya mobil'nykh energeticheskikh sredstv v razlichnykh rezhimakh dvizheniya
[Increasing the efficiency of using mobile energy vehicles in various driving modes], 2017, pp. 10-15.
7. Omel'chenko E.Ya. Dinamicheskie matematicheskie modeli asinkhronnykh dvigateley [Dynamic
mathematical models of asynchronous motors], 2012.
8. Kyong N.S. i dr. Modelirovanie elektroprivoda s chastotnym upravleniem asinkhronnogo dvigatelya
[Modeling of an electric drive with frequency control of an asynchronous motor], Izvestiya Tul'skogo
gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki [News of Tula State University. Technical science],
2014, No. 3, pp. 221-228.
9. Meshcheryakov V.N. i dr. Sistema upravleniya chastotnym asinkhronnym sinkhronizirovannym
elektroprivodom [Control system for frequency asynchronous synchronized electric drive], Izvestiya
vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki [News of higher educational institutions. Energy
problems], 2021, Vol. 23, No. 3, pp. 116-126.
10. Semenov A.S. Modelirovanie rezhimov raboty asinkhronnogo dvigatelya v pakete programm
MATLAV [Modeling of operating modes of an asynchronous motor in the MATLAV software package],
Vestnik Severo-Vostochnogo federal'nogo universiteta im. MK Ammosova [Bulletin of the North-
Eastern Federal University named after. MK Ammosova], 2014, Vol. 11, No. 1, pp. 51-59.
11. Ahmed A., Kaur K. Mathematical model for an asynchronous motor implemented in MATLAB, International
journal of scientific & technical development, 2023.
12. Moler C. Numerical Computing with MATLAB. Electronic ed. The MathWorks, Inc, Natick, MA, 2014.
13. German-Galkin S.G. Matlab & Simulink. Proektirovanie mekhatronnykh sistem na PK [Matlab &
Simulink. Design of mechatronic systems on a PC]. St. Petersburg: Korona-Vek, 2008, 386 p.
14. Dogruer T., Tan N. Design of PI controller using optimization method in fractional order control systems,
IFAC-PapersOnLine, 2018, Vol. 51, No. 4, pp. 841-846.
15. Chernyy G.G. Gazovaya dinamika [Gas dynamics]. Moscow: Nauka, 1988, 424 p.
16. Haddrell A.E. et al. Accounting for changes in particle charge, dry mass and composition occurring
during studies of single levitated particles, The Journal of Physical Chemistry A, 2012, Vol. 116,
No. 40, pp. 9941-9953.
17. Besekerskiy V.A., Popov E.P. Teoriya sistem avtomaticheskogo upravleniya [Theory of automatic
control systems]. St. Petersburg: Professiya, 2003, 752 p.
18. Bequette B.W. Process control: modeling, design, and simulation. Prentice Hall Professional, 2003.
19. Bar-Kana I. Adaptive control: A simplified approach, Control and Dynamic Systems, 2012, Vol. 25,
pp. 187-235.
20. Gayvoronskiy S.A., Ezangina T.A. Metodika vybora parametrov PI-regulyatora dlya interval'noy
sistemy avtomaticheskogo upravleniya [Methodology for selecting PI controller parameters for an interval
automatic control system], Vektory blagopoluchiya: ekonomika i sotsium [Vectors of wellbeing:
economics and society], 2012, No. 3 (4), pp. 143-147.
