В. Ф. Филаретов, д-р техн. наук, проф., зав. лаб.
г. Владивосток
Filaretov Vladimir F., Dr. of Sci., Professor, Head of Laboratory
Vladivostok, 690941
А. В. Зуев, д-р техн. наук, доц., вед. науч. сотр.
г. Владивосток
A. V. Zuev
Vladivostok, 690941
Vladivostok, 690950
А. А. Тимошенко, науч. сотр.
г. Владивосток
A. A. Timoshenko
Vladivostok, 690950
В первой части статьи авторами был предложен обобщенный алгоритм решения обратной задачи динамики для многозвенных подводных манипуляторов (ПМ), который в процессе движения ПМ в вязкой среде позволяет более корректно учесть не только вязкие трения, но и присоединенные к их звеньям массы и моменты инерции жидкости. С использованием этого алгоритма получены соотношения, формирующие внешние моменты на выходных валах всех приводов ПМ и их отдельные составляющие, которые зависят не только от неизвестных масс и моментов инерции жидкости, присоединяемой к звеньям ПМ, но и от сил вязкого трения. Эти составляющие представлены в аналитическом виде, удобном для выполнения идентификации конкретных параметров взаимодействия вязкой среды со звеньями ПМ, которые должны позволить реализовать системы автоматического управления ПМ для высокоточного выполнения даже силовых подводных манипуляционных операций.Во второй части статьи на основе полученных аналитических соотношений разработан метод идентификации неизвестных масс и моментов инерции жидкости, присоединяемой к звеньям ПМ, а также коэффициентов вязкого трения этих звеньев в процессе их произвольного перемещения в водной среде. Указанный метод включает два этапа. На первом этапе на выходных валах каждого привода ПМ с помощью диагностических наблюдателей определяются значения внешних моментов, зависящие только от сил вязкого трения, а также от неизвестных масс и моментов инерции жидкости. На втором этапе с использованием аналитических представлений этих моментов и линейного фильтра Калмана в конкретной зоне океана выявляются искомые текущие значения присоединенных масс и моментов инерции жидкости, а также коэффициенты вязких трений.Результаты моделирования с использованием полной математической модели автономного необитаемого подводного аппарата с установленным на нем конкретным ПМ подтвердили работоспособность и высокую эффективность предлагаемого метода для точной идентификации всех искомых параметров взаимодействия звеньев ПМ с вязкой средой.
In the first part of the article, the authors proposed a generalized algorithm for solving the inverse dynamics problem for multi-link underwater manipulators (UM), which, during their movement in a viscous medium, allows more correctly taking into account not only viscous friction, but also the added masses and moments of UM links. Using this algorithm, equations are obtained that form the external moments on the output shafts of all UM drives and their individual components, which depend not only on unknown added masses and moments of inertia of links, but also on the forces of viscous friction. These components are presented in an analytical form, convenient for identifying specific parameters of the interaction of a viscous medium with UM links, which should allow the implementation of automatic UM control systems for high-precision execution of even force underwater manipulation operations. In the second part of the article, based on the obtained analytical ratios, a method has been developed for identifying the values of unknown added masses and moments of inertia of the UM links, as well as the coefficients of viscous friction of these links during their arbitrary movement in an viscous medium. The specified method includes two stages. At the first stage, on the output shafts of each UM drive, with the help of diagnostic observers, the values of external moments are determined, depending only on the forces of viscous friction, as well as on unknown added masses and moments of inertia. At the second stage, using analytical representations of these moments and a linear Kalman filter, the desired current values of the added masses and moments of inertia, as well as the coefficients of viscous friction, are determined in a specific ocean zone. The simulation results using a complete mathematical model of an autonomous under- water vehicle with a specific UM installed on it confirmed the operability and high efficiency of the proposed method for the accurate identification of all the desired parameters of the interaction of UM links with a viscous medium.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.