Синтез системи автоматичного керування просторовим рухом буксируваного підводного апарата в умовах невизначеності

Автор(и)

  • Volodymyr Blintsov Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025, Україна
  • Oleksandr Blintsov Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025, Україна https://orcid.org/0000-0003-0426-1219
  • Volodymyr Sokolov Державне підприємство «Виробниче об’єднання «Південний машинобудівний завод імені О. М. Макарова», вул. Криворізька, 1, м. Дніпро, Україна, 49008, Україна https://orcid.org/0000-0002-7015-0464

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.158903

Ключові слова:

буксируваний підводний апарат, система автоматичного керування, просторовий рух, умови невизначеності.

Анотація

Об’єктом дослідження є просторовий рух буксируваного підводного апарату (БПА), який працює у складі буксируваної підводної системи (БПС). Структура БПА не містить рушійних пристроїв, до руху він приводиться судном-буксирувальником через кабель-буксир. Задачею керування БПА є забезпечення бажаної динаміки його поступального переміщення. Ручний режим керування дає змогу виконувати лише короткострокові місії та не виключає виникнення помилок оператора при керуванні. Для виконання довготривалих підводних місій необхідно застосовувати автоматизовані БПА.

Для синтезу регуляторів системи автоматичного керування (САК) використовувався метод мінімізації локальних функціоналів. Він дає змогу отримувати закони керування без інформації про структуру та параметри математичної моделі об’єкта керування. Для дослідження синтезованої САК використовувався метод імітаційного моделювання із застосуванням комп’ютерної симуляції. Він дає змогу оцінити якість роботи САК без суттєвих фінансових затрат, необхідних для морського натурного експерименту.

Синтезовано САК просторовим рухом БПА, яка забезпечує достатню точність керування вертикальною та боковою координатами БПА в умовах невизначеності. Для її синтезу та роботи не потрібна інформація про структуру та параметри математичної моделі об’єкта керування. Закон керування, на основі якого синтезувались регулятори САК, не містить у своєму складі інформації про похідні керованої величини. Тому контури зворотних зв’язків синтезованої САК мають простішу структуру у порівнянні з САК, синтезованих на основі відомих методів, які використовують координати фазового простору об’єкта.

Досліджено динаміку роботи синтезованої САК просторовим рухом БПА при різних швидкостях буксирування. Тривалість перехідних процесів від моменту виходу САК із зони насичення до моменту потрапляння похибки керування в допустимий діапазон та точність керування є цілком задовільними. У порівнянні з відомими САК просторовим рухом підводними апаратами, синтезована САК не потребує математичної моделі об’єкта керування для її синтезу та роботи.

Біографії авторів

Volodymyr Blintsov, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025

Доктор технічних наук, професор, проректор з наукової роботи

Oleksandr Blintsov, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютерних технологій та інформаційної безпеки

Volodymyr Sokolov, Державне підприємство «Виробниче об’єднання «Південний машинобудівний завод імені О. М. Макарова», вул. Криворізька, 1, м. Дніпро, Україна, 49008

Головний інженер, перший заступник генерального директора

Посилання

  1. Egorov, V. I. (1981). Podvodnye buksiruemye sistemy. Leningrad: Sudostroenie, 304.
  2. Ikonnikov, I. B., Gavrilov, V. M., Puzyrev, G. V. (1993). Podvodnye buksiruemye sistemy i bui neytral'noy plavuchesti. Saint Petersburg: Sudostroenie, 224.
  3. Fossen, T. I. (2011). Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control. Norway: John Wiley & Sons Ltd, 596. doi: http://doi.org/10.1002/9781119994138
  4. Poddubnyy, V. I., Shamarin, Yu. E., Chernenko, D. A., Astakhov, L. S. (1995). Dinamika podvodnykh buksiruemykh sistem. Saint Petersburg: Sudostroenie, 200.
  5. Dudykevych, V., Blintsov, O. (2016). Tasks statement for modern automatic control theory of underwater complexes with flexible tethers. Eureka: Physics and Engineering, 5, 25–36. doi: http://doi.org/10.21303/2461-4262.2016.00158
  6. Blintsov, O. V., Sokolov, V. V. (2017). Specialized simulating complex for studying motion dynamics of the towed underwater system. Collection of Scientific Publications NUS, 3, 63–69. doi: http://doi.org/10.15589/jnn20170308
  7. Minowa, A., Toda, M. (2018). A High-Gain Observer-Based Approach to Robust Motion Control of Towed Underwater Vehicles. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1–14. doi: http://doi.org/10.1109/joe.2018.2859458
  8. Chupina, K. V., Kataev, E. V., Khannanov, A. M., Korshunov, V. N., Sennikov, I. A. (2018). Robust automatic control system of vessel descent-rise device for plant with distributed parameters “cable – towed underwater vehicle.” Journal of Physics: Conference Series, 1015, 032167. doi: http://doi.org/10.1088/1742-6596/1015/3/032167
  9. Ramesh, R., Ramadass, N., Sathianarayanan, D., Vedachalam, N., Ramadass, G. A. (2013). Heading control of ROV ROSUB6000 using non-linear model-aided PD approach. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 3 (4), 382–393.
  10. Soltan, R. A., Ashrafiuon, H., Muske, K. R. (2010). ODE-based obstacle avoidance and trajectory planning for unmanned surface vessels. Robotica, 29 (5), 691–703. doi: http://doi.org/10.1017/s0263574710000585
  11. García-Valdovinos, L. G., Salgado-Jiménez, T., Bandala-Sánchez, M., Nava-Balanzar, L., Hernández-Alvarado, R., Cruz-Ledesma, J. A. (2014). Modelling, Design and Robust Control of a Remotely Operated Underwater Vehicle. International Journal of Advanced Robotic Systems, 11 (1), 1–16. doi: http://doi.org/10.5772/56810
  12. Bessa, W. M., Dutra, M. S., Kreuzer, E. (2008). Depth control of remotely operated underwater vehicles using an adaptive fuzzy sliding mode controller. Robotics and Autonomous Systems, 56 (8), 670–677. doi: http://doi.org/10.1016/j.robot.2007.11.004
  13. Bessa, W. M., Dutra, M. S., Kreuzer, E. (2013). Dynamic Positioning of Underwater Robotic Vehicles with Thruster Dynamics Compensation. International Journal of Advanced Robotic Systems, 10 (9), 325. doi: http://doi.org/10.5772/56601
  14. Tam, D. Ch. (2013). Experimental research of a towed underwater vehicle altitude automatic control system. Technology Audit and Production Reserves, 5 (5 (13)), 29–31. doi: http://doi.org/10.15587/2312-8372.2013.18381
  15. Nadtochii, V. A. (2013). Self-propelled underwater system control integration within maritime technological complex. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (4 (65)), 40–45. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/18342
  16. Fernandes, D. de A., Sørensen, A. J., Pettersen, K. Y., Donha, D. C. (2015). Output feedback motion control system for observation class ROVs based on a high-gain state observer: Theoretical and experimental results. Control Engineering Practice, 39, 90–102. doi: http://doi.org/10.1016/j.conengprac.2014.12.005
  17. Blintsov, O. V. (2018). Systemy avtomatychnoho keruvannia rukhom pidvodnykh kompleksiv z hnuchkymy zviazkamy: navchalnyi posibnyk. Mykolaiv: Natsionalnyi universytet korablebuduvannia imeni admirala Makarova, 251.
  18. Blintsov, O. (2016). Formation of a reference model for the method of inverse dynamics in the tasks of control of underwater complexes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (2 (82)), 42–50. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.74875
  19. Lukomskiy, Yu. A., Peshekhonov, V. G., Skorokhodov, D. A. (2002). Navigatsiya i upravlenie dvizheniem sudov. Saint Petersburg: Elmor, 360.
  20. Krut'ko, P. D. (2004). Obratnye zadachi dinamiki v teorii avtomaticheskogo upravleniya. Tsikl lektsiy. Moscow: Mashinostroenie, 576.
  21. Blintsov, O. V., Sokolov, V. V., Korytskyi, V. I. (2018). Avtomatychne keruvannia bezekipazhnym pidvodnym kompleksom systemy monitorynhu akvatorii v umovakh nevyznachenosti. Suchasni problemy informatsiinoi bezpeky na transporti, 19–26.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-20

Як цитувати

Blintsov, V., Blintsov, O., & Sokolov, V. (2018). Синтез системи автоматичного керування просторовим рухом буксируваного підводного апарата в умовах невизначеності. Technology Audit and Production Reserves, 1(2(45), 44–51. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.158903

Номер

Том 1 № 2(45) (2019): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Системи та процеси керування: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Volodymyr Blintsov, Oleksandr Blintsov, Volodymyr Sokolov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.