AUV'S MOTION CONTROL ALLOCATION WITH VARIABLE PROPERTIES OF PROPULSION SYSTEM
Abstract
The purpose of the study is to improve the accuracy of the trajectory motion of autonomous underwater vehicles (AUV) due to using of control algorithms taking into account dependence propulsion system parameters from vehicle velocity. The problem statement of control allocation actions between thrusters with a low sensitivity to changes in their static parameters in a wide speed range is given. A method for estimating the dependence between AUV velocity thrust of propulsion system, based on the results of hydrodynamic simulation of the propeller and the load tests of the motor is proposed. The dependence of maximum thrust of the thruster from AUV ve-locity by adjusting motor torque for the entire velocity range of the AUV is determined. The algo-rithm for calculating the static propulsion characteristic is proposed. The algorithms based on the scaling of result of the bollard pull test accordance with the change of maximum mooring stop at the known velocity. The algorithm for thrust allocation is developed. The algorithm ensures accurate and independent thrust of each thruster in the entire range of AUV velocity. The obtained results would allow the actual problem of adaptive redistribution of the trust by varying the limits depends with ranking of motion controller and target value to be solved. Thus, the maximum efficiency of the propulsion system and accuracy of the trajectory motion can be ensured.
References
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.
