Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 6.
-
УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ АНПА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА МАРШРУТНОЙ ТРАЕКТОРИИ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОТКАЗОВ
Л. А. Мартынова , М. Б. Розенгауз2022-03-02Аннотация ▼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. -
АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТЬЮ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АНПА
Н. К. Киселев , Л.А. Мартынова2022-03-02Аннотация ▼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. -
АЛГОРИТМ МАНЕВРИРОВАНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА ПРИ ПРОВОДКЕ СУДНА ЧЕРЕЗ ЗАМИНИРОВАННЫЙ РАЙОН
В.С. Быкова , А. И. Машошин , И. В. Пашкевич2021-04-04Аннотация ▼Одной из задач, возлагаемых на автономного необитаемого подводного аппарата
(АНПА), является борьба с минной опасностью, которая включает: 1) поиск и уничтоже-
ние мин в заминированном районе; 2) обеспечение собственной безопасности при проходе
через заминированный район либо при работе в этом районе; 3) обеспечение проводки су-
дов (включая подводные лодки) через заминированный район. АНПА можно рассматривать
в качестве дальнейшего развития средств борьбы с минной опасностью, поскольку они
имеют ряд преимуществ перед противоминными кораблями: 1) исключают гибель людейпри взрыве мины; 2) обладают более низким уровнем физических полей, на которые реаги-
руют взрыватели морских мин; 3) способны маневрировать на оптимальной глубине для
поиска и классификации мин. Ввиду этого создание специализированных АНПА для борьбы
с минной опасностью весьма актуально. Поиск мин при помощи АНПА может осуществ-
ляться либо в интересах их уничтожения (разминирования района) либо в целях проводки
судов (включая подводные лодки) через заминированный район. В настоящей статье рас-
сматривается вторая задача. Приведено описание алгоритма маневрированияАНПА при
обеспечении прохода судна через заминированный район. Задача решается путём обнаруже-
ния мин разных типов с использованием гидроакустических и магнитометрических средств
поиска и классификации подводных объектов и их обхода на безопасном расстоянии. Для
сокращения времени решения задачи классификация обнаруженных подводных объектов
осуществляется на классы "миноподобный объект" и "прочие объекты". Использование клас-
са "миноподобный объект", который включает как собственно мины, так и объекты, не
отличимые от мин на дистанциях их обнаружения средствами поиска мин, позволяет не
сближаться с обнаруженными подводными объектами на дистанцию их уверенной класси-
фикации с использованием высокочастотной гидроакустической и телевизионной аппарату-
ры и тем самым повысить безопасность АНПА и сократить время прохода через заминиро-
ванный район. Алгоритм учитывает тот факт, что минимальная дистанция безопасного
сближения типового судна с миной существенно превышает дистанции обнаружения мин
разных типов, что не позволяет АНПА найти безопасный для судна проход через заминиро-
ванный район путём его однократного пересечения и требует сложного маневрирования
АНПА. Алгоритм предназначен для реализации в системе управления АНПА. -
ОРГАНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА
Н. К. Киселев , Л. А. Мартынова , И. В. Пашкевич2021-04-04Аннотация ▼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. -
РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЗИДЕНТНЫМ/ИНТЕРВЕНЦИОННЫМ АНПА НА ОСНОВАНИИ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ МЕТОДОВ
В.Ю. Занин, А. М. Маевский, И.В. Кожемякин2020-07-10Аннотация ▼Целью исследования является разработка комбинированных систем управления (СУ) автономным необитаемым подводным аппаратом (АНПА) интервенционного класса и манипуляторным комплексом (МК), установленным на АНПА. Аппараты такого типа яв-ляются важной составляющей подводных резидентных систем, которые позволяют рас-ширять спектр задач, выполняемых типовыми АНПА. Система носит многоуровневый характер, позволяющий на должном уровне описать определенные состояния и поведения аппарата в зависимости от поставленной задачи. Разработанная система отличается своей универсальностью и модульностью, что подразумевает быстроту в настройке/корректировке текущих задач, поставленных перед АНПА и простом внедрении и фор-мировании дополнительных задач со стороны оператора. В качестве примера, рассматри-вается задача, связанная с типовой работой резидентного АНПА – пробоотбор фракций грунта. Приведенные результаты натурных испытаний подтверждают работоспособ-ность предложенных подходов к управлению, с учетом внешних недетерминированных возмущений постоянного характера и моногармонического воздействия. В рамках выполнения поставленной задачи, описывается процесс формирования состояний АНПА, команд перехода между состояниями, формирования дерева поведений аппарата. Научная и практическая новизна полученных результатов, представленных в статье, состоит в реализации первого в РФ разработанного аппаратно-программного комплекса для АНПА, позво-ляющего обеспечить процесс пробоотбора грунта как в автоматизированном, так и ав-тономном режиме управления.
-
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ В СОСТАВЕ СТЕНДА ОТЛАДКИ И СОПРОВОЖДЕНИЯ АНПА
Н.К. Киселев, Л. А. Мартынова, И. В. Пашкевич2020-07-10Аннотация ▼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.
1 - 6 из 6 результатов
