АСИМПТОТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЗАДАЧАХ СУПЕРВИЗОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫХ ПОДВОДНЫХ РОБОТОВ

Аннотация

Работа посвящена актуальной задаче синтеза управления для автономных подводных роботов (АПР). Поскольку АПР должны выполнять действия в соответствии с заданной программой в условиях не всегда прогнозируемой обстановки, то необходимо предусмотреть рабочие инструменты, использование которых совместно с управлением движением и ори- ентацией АПР требует наряду с механизмами непрерывной локальной стабилизации реали- зации на верхнем уровне алгоритмов контроля и координирующего управления. Такую двух- уровневую схему управления, которую можно назвать супервизорной, в настоящей работе предлагается реализовать с помощью асимптотических методов двух типов: для разделения движений на быстрые и медленные используется аппарат анализа сингулярно возмущенных дифференциальных уравнений, а контроль на верхнем уровне осуществляется на основе прин- ципа больших уклонений. Общая задача синтеза сводится к управлению медленными движе- ниями и стабилизации быстрых движений. При этом в стохастической постановке задачи предполагается, что в быстрых движениях присутствует случайное возмущение. Учитывая, что быстрые движения при этом стабилизируются, с большой вероятностью действие шума усредняется и не оказывает существенного влияния на поведение медленных перемен- ных. Но при достаточно длительном наблюдении можно обнаружить такую ситуацию, когда на некотором промежутке значения возмущений не только взаимно не компенсируют- ся, но, напротив, выстраиваются в последовательность, как бы специально нацеленную на формирование явного ухода медленного подвектора от равновесия. Из теории больших укло- нений известно, что такая траектория единственна и наиболее вероятна из всех, ведущих к определенному критическому событию. При этом по фазе этого процесса можно судить о близости критического события. Таким образом, использование теории больших уклонений позволяет организовать контроль уклонений объекта от заданной траектории, способный выдавать оценки по вероятности критических значений контролируемых уклонений. В ре- зультате показано, что, если ускорения формируются быстрыми подсистемами, то в мед- ленных подсистемах можно не только добиваться приемлемого качества и точности на фиксированном интервале, но и обеспечить это независимо от действия возмущений. Рабо- тоспособность предложенного подхода к синтезу на основе разделения движений и теории больших уклонений показана на примере автономного подводного робота с двумя рулями, носовым и кормовым, в задаче управления продольным движением на заданной глубине. При- водятся результаты моделирования и их обсуждение.