Найти

Результаты поиска

• МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПУТИ ОБХОДА ПРЕПЯТСТВИЯ АВТОНОМНЫМ НЕОБИТАЕМЫМ ПОДВОДНЫМ АППАРАТОМ

  Л. А. Мартынова , М.Б. Розенгауз

  2024-04-15

  Аннотация ▼

  Рассматривается задача безопасного движения автономного необитаемого подвод-
  ного аппарата (АНПА) в условиях возникновения неподвижных препятствий. Традиционно
  информация о препятствии формируется по мере приближения АНПА к препятствию, и
  по ней система управления АНПА принимает решение о параметрах дальнейшего движе-
  ния АНПА (курс, скорость, глубина). Целью работы явилось определение пространственно-
  го пути обхода препятствия на основе определение геометрической формы и размеров
  препятствия по данным цифровых карт. В работе предложен метод определения про-
  странственного 3D-пути обхода препятствия, использующий полную информацию о гео-
  метрической форме и размерах препятствия, полученную на основе дополнения данных
  средств освещения обстановки данными цифровых батиметрических карт районов, через
  которые пролегает маршрут АНПА, а также – цифровых физических карт районов зем-
  ной поверхности с указанием мелких островов, выступающих на морскую поверхность.
  Изобаты батиметрической карты построены по измерениям в узлах сетки, покрывающей
  рассматриваемый район, шаг сетки превышает сотни метров. Для оценки вероятности
  возникновения аномалий рельефа дна между узловыми точками сетки, представляющими
  опасность для движения АНПА, предложено использовать метод нечетко-
  вероятностного анализа. По узловым точкам, покрывающим препятствие, вычисляется
  двумерная автокорреляционная функция, формируются значения лингвистических пере-
  менных. По этим переменным сформированы продукционные правила и с их использованием
  определена вероятность возникновения аномалий рельефа. Для определения кратчайшего
  расстояния имеющаяся сетка глубин в узловых точках препятствпия представлена в виде
  ориентированного взвешенного графа: узлами графа являются узлы сетки с известными
  глубинами, ребрам назначены веса, равные пространственным расстояниям между узлами
  трехмерной сетки (широта, долгота, глубина). Разработанный алгоритм определения
  пути обхода препятствия заключается в определении конечной точки обхода на мар-
  шрутной траектории за препятствием и поиске кратчайшего пути обхода препятствия
  путем сравнение текущего рассматриваемого пути с полученными ранее. В случае превы-
  шения длины рассматриваемого пути в промежуточном узле сформированного ранее пути
  процесс рассмотрения текущего пути останавливается, и осуществляется переход к рас-
  смотрению следующего пути. Результаты проведенных численных экспериментов показа-
  ли, что сокращение пути обхода по сравнению с традиционным подходом препятствия в
  рассмотренном примере составило 17%.

• МЕТОД И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА ОТ МАЛОРАЗМЕРНОГО РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

  В.В. Ланцов , К.В. Ланцов , А. В. Корякин , Л.А. Мартынова

  2023-04-10

  Аннотация ▼

  Целью исследования является оценка эффективности системы защиты подвижного
  охраняемого объекта от малоразмерного беспилотного воздушного судна (БВС). В связи с
  особенностью построения системы защиты подвижного объекта, связанной с перемеще-
  нием синхронно с объектом критической зоны, в которую не должен попасть БВС, потре-
  бовалась разработка метода и математической модели оценки эффективности БВС.
  В качестве показателя эффективности принята вероятность отведения БВС от крити-
  ческой зоны. Проанализировано, что отведение БВС от критической зоны осуществляется
  за счет своевременного обнаружения БВС и его перехода от навигации по сигналам спут-
  никовых навигационных систем – к навигации по бортовой инерциальной навигационной
  системе. Своевременность обнаружения определяется дальностью обнаружения БВС.
  Дальность обнаружения определяется, прежде всего, параметрами самих средств обна-
  ружения, топологией их размещения, размерами критической зоны вокруг охраняемого
  объекта, направлением движения БВС. Размер критической зоны определяется опасно-
  стью видеосъемки с борта БВС или сброса полезной нагрузки. Наиболее уязвимым для ох-
  раняемого объекта направлением движения БВС является движение к точке встречи с
  охраняемым объектом. Результаты анализа и разработанные алгоритмы функционирова-
  ния системы защиты от малоразмерного БВС учтены при разработке математической
  модели оценки эффективности защиты охраняемого объекта. Ввиду того, что часть па-
  раметров БВС заранее неизвестна, их значения разыгрывались равновероятно. Для расче-
  та показателя эффективности использован метод статистических испытаний (метод
  Монте-Карло). В каждом испытании разыгрывались случайные параметры БВС, задава-
  лись исходные данные, воспроизводились процессы движения охраняемого объекта и БВС,
  изменения положения критической зоны, оценивалось попадание БВС в зоны обзора
  средств обнаружения, отведение от генерального курса БВС и попадание его в пределы
  критической зоны. Разработанные метод и математическая модель оценки эффективно-
  сти позволили провести численный эксперимент, направленный на оценку влияния скорости
  БВС на эффективность защиты подвижного охраняемого объекта. Результаты работы
  могут быть использованы при проектировании и разработке системы защиты охраняемо-
  го объекта от БВС, при сравнительном анализе альтернативных систем защиты от БВС.
  Предложенные метод и математическая модель могут быть использованы также и в
  подводной морской среде при оценке эффективности защиты охраняемого обитаемо-
  го/необитаемого объекта от морских робототехнических комплексов.

• АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТЬЮ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АНПА

  Н. К. Киселев , Л.А. Мартынова

  2022-03-02

  Аннотация ▼

  Целью исследований явилось управление электрической сетью гибридной системы
  энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата, предназначенного для
  перемещения на сверхдальние расстояния свыше десятка тысяч километров. Для преодо-
  ления сверхдальних расстояний остро стоит задача минимизации удельного потребления
  электроэнергии при условии обеспечения всех потребителей электроэнергией. Актуаль-
  ность работы определяется новизной использования в автономных необитаемых подвод-
  ных аппаратах гибридной системы энергообеспечения, состоящей из разнородных источ-
  ников электроэнергии, работающих на различных физических принципах. Ввиду отсутст-
  вия на сегодняшний день исследований, связанных с управлением гибридной системой энер-
  гообеспечения, согласованным с режимами движения аппарата в широком диапазоне ско-
  ростей, возникла задача разработки алгоритмов управления гибридной системой энерго-
  обеспечения. Для решения задачи проанализированы причины изменения токопотребления
  при движении аппарата, сформированы необходимые условия подключения потребителей
  к токопроводам, включающие в себя обеспечение всех потребителей электроэнергией в
  полном объеме, исключение превышения номинальных токов каждого токопровода токами
  потребления, минимизация потерь электроэнергии при прохождении по токопроводу и
  через оборудование. В связи с этим были проанализированы возможные конфигурации по-
  строения электросети с использованием токопроводов и оборудования, проведены оценки
  потерь на токопроводах и на используемом оборудовании. По результатам исследований
  был сформирован граф подключений потребителей к токопроводам, и для определения
  пути подключения каждого потребителя к источнику энергии посредством электросети
  был определен путь подключения, обеспечивающий минимизацию потерь. Задача была
  формализована как поиск кратчайшего пути в графе, и для ее решения в качестве основы
  был использован алгоритм Дейкстры. По результатам исследований был сформирован
  алгоритм формирования путей подключения потребителей к источникам электроэнергии
  посредством электросети и алгоритм управления переключениями ключей в электросети
  при изменении токов потребления. Разработанные алгоритмы были программно реализо-
  ваны, и с использованием имитационной модели проведен численный эксперимент. Резуль-
  таты эксперимента показали правильность разработанных алгоритмов, и могут быть в
  дальнейшем использованы для реализации в разрабатываемых аппаратах для перемещения
  на сверхдальние расстояния.

• УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ АНПА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА МАРШРУТНОЙ ТРАЕКТОРИИ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОТКАЗОВ

  Л. А. Мартынова , М. Б. Розенгауз

  2022-03-02

  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.

• ОРГАНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА

  Н. К. Киселев , Л. А. Мартынова , И. В. Пашкевич

  2021-04-04

  Аннотация ▼

  Целью исследования является организации электросети гибридной системы энерго-
  обеспечения автономного необитаемого подводного аппарата, способного двигаться в
  широком диапазоне скоростей. Необходимость движения автономного необитаемого под-
  водного аппарата в широком диапазоне скоростей требует применения разнородных ис-
  точников электроэнергии, работающих на различных физических принципах – аккумуля-
  торных батарей и электрохимических генераторов, использующих реагенты из хранилища
  реагентов. Кроме того, для обеспечения потребителей электроэнергией с требуемыми
  параметрами (токами, напряжениями, объемами электроэнергии) необходимо применения
  дополнительных распределительных щитов, преобразователей напряжения, защитно-
  коммутационной аппаратуры, ключей. Использование дополнительного оборудования в
  электросети позволяет гибко конфигурировать электросеть с целью формирования энер-
  гии в объеме, согласованном с объемом потребляемой электроэнергии. С другой стороны,
  дополнительное оборудование вызывает потери электроэнергии в сети, и, соответствен-
  но, дополнительной электроэнергии. В связи с этим задача определения варианта органи-
  зации электросети, при котором потери электроэнергии были бы минимальными, является
  актуальной. Для решения указанной задачи проанализированы особенности использования
  дополнительного оборудования в электросети, проанализировано потребление электро-
  энергии автономным необитаемым подводным аппаратом на различных этапах выполне-
  ния аппаратом маршрутного задания, определены минимальные и максимальные объемы
  потребления при движении автономного необитаемого подводного аппарата в различных
  скоростных режимах. Это позволило определить степень задействования разнородных
  источников электроэнергии в процессе выполнения маршрутного задания. По результатам
  анализа были сформированы альтернативные варианты электросети. Для выбора вариан-
  та организации, обеспечивающего минимальные потери электроэнергии, был сформирован
  целевой граф влияния потерь на отдельных устройствах электросети – на потери всей
  электросети, и с использованием метода распространения меток получены количествен-
  ные оценки каждого из альтернативных вариантов. Поучение количественных оценок позволило определить вариант организации электросети, обеспечивающей минимизацию потерь. Это позволяет, в сою очередь, сформулировать требования к функционированию
  элементов гибридной системы энергообеспечения, разработать алгоритмы управления.
  В целом полученный результат позволяет минимизировать расход энергоресурса в процес-
  се движения автономного необитаемого подводного аппарата на всем протяжении вы-
  полнения маршрутного задания.

• МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ В СОСТАВЕ СТЕНДА ОТЛАДКИ И СОПРОВОЖДЕНИЯ АНПА

  Н.К. Киселев, Л. А. Мартынова, И. В. Пашкевич

  2020-07-10

  Аннотация ▼

  Целью исследований является разработка комплекса математических моделей, обес-печивающих исходными данными математическую модель работы гибридной системы энер-гообеспечения для последующего встраивания в стенд отладки и сопровождения. Работа является развитием опубликованной ранее математической модели функционирования гиб-ридной системы энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата. В ра-боте по результатам анализа целей и задач моделирования разработаны математические модели источников электроэнергии – аккумуляторной батареи и электрохимического гене-ратора. Поскольку управления параметрами работы аккумуляторной батареи и электрохи-мического генератора зависит от параметров движения аппарата, то дополнительно были разработаны математические модели маршевого движителя и интегрированной системы управления аппарата. Внешние условия функционирования аппарата и маршрутное задание задавались в специально разработанном имитаторе тактической обстановки. На основе теории интегрированного иерархического моделирования с изменяемым разрешением была определена наиболее целесообразная степень детализации разрабатываемых математиче-ских моделей. Ввиду необходимости учета неравномерности обдува газами топливных эле-ментов в электрохимическом генераторе математическая модель основана на решении не-линейной системы уравнений, включающей в себя уравнение Навье-Стокса, уравнения сохра-нения импульса, энергии и заряда. При разработке математической модели аккумуляторной батареи была учтена неравномерность заряда отдельных аккумуляторов; математическая модель учитывала параметры отдельных аккумуляторов по данным их изготовителя. Ре-зультатами моделирования явились зарядно-разрядные характеристики аккумуляторной батареи. В математической модели основного потребителя электроэнергии - маршевого движителя - реализована зависимость создаваемой тяги от требуемой скорости движения аппарата, что позволило получать объем электроэнергии, потребляемой маршевым движи-телем. В математической модели интегрированной системы управления в зависимости от текущего положения аппарата реализованы регуляторы движения для формирования управления элементами движительной системы, обеспечивающие типовые режимы ма-неврирования аппарата. Кроме того, реализовано управление параметрами функциониро-вания гибридной системой энергообеспечения - переключение источников электроэнергии, переключение процессов заряда аккумуляторной батареи. В математической модели ими-татора тактической обстановки реализованы возможности задания маршрута и внешнихусловий. Кроме того, реализована модель движения аппарата с учетом действующих на аппарат сил и моментов. Разработанный комплекс математических моделей, обеспечи-вающий данными математическую модель функционирования гибридной системы энерго-обеспечения, может быть использован в составе стенда отладки и сопровождения авто-номного необитаемого подводного аппарата.