д-р техн. наук, проф.
Владивосток
Dr.Sc., Associate Professor
Vladivostok, 690041
д-р техн. наук, доц.
Владивосток
Vladivostok, 690041
В настоящее время автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) все активнее используются для решения задач, связанных с обслуживанием подводных коммуникаций и различных подводных производственных комплексов, а также при выполнении подводных технологических операций. Для эффективного выполнения указанных операций АНПА должны иметь высококачественные системы управления, которые обеспечат их точное движение как по протяженным пространственным траекториям, формируемым в процессе их передвижения к объектам работ, так и при выполнении сложных маневров вблизи объектов подводной инфраструктуры. При этом основной сложностью, возникающей в процессе синтеза систем управления АНПА, является существенная нелинейность указанных объектов управления, наличие перекрестных связей между их степенями свободы, а также неопределенность и переменность их параметров. В работе предложен метод синтеза системы управления пространственным движением АНПА, позволяющей учесть указанные негативные эффекты. Эта система имеет два контура. Первый включает в себя комбинированную систему, содержащую нелинейный регулятор для достижения желаемых динамических характеристик АНПА, когда его параметры равны номинальным значениям, и регулятор с самонастройкой по эталонной модели, обеспечивающей компенсацию неопределенной или переменной части параметров. При этом параметры регулятора с эталонной моделью выбираются так, чтобы уменьшить возможную амплитуду разрывного сигнала управления скоростью движения АНПА. Второй контур представляет собой нелинейный регулятор положения, позволяющий учесть динамические свойства контура управления скоростью и кинематические свойства АНПА. Преимуществом предложенной системы управления по сравнению с традиционными, построенными на основе ПИД регуляторов, является более высокая точность управления при движении по сложным пространственным траекториям независимо от изменения параметров АНПА. Результаты моделирования подтвердили высокую эффективность синтезированной двухконтурной системы управления.
Currently, autonomous underwater vehicles (AUV) are increasingly used to perform tasks related to the maintenance of underwater communications and various underwater production complexes, as well as performing underwater technological operations. To effectively perform these operations, AUV must have high-quality control systems that will ensure their accurate movement both along long spatial trajectories formed during their movement to the objects of work, and when performing complex maneuvers near underwater infrastructure objects. At the same time, the main difficulty that arises in the process of synthesis of AUV control systems is the significant non-linearity of the dynamic models of these control objects, the presence of interactions between their degrees of freedom, as well as the uncertainty and variability of their parameters. In this paper, we propose a method for synthesizing the spatial motion control system of the AUV, which allows us to take into account these negative effects. This system contains two loops. The first loop includes a combined system containing a nonlinear controller to achieve the desired dynamic characteristics of the AUV, when its parameters are equal to the nominal values, and a controller with self-tuning according to the reference model, which provides compensation for an unknown or variable part of the parameters. In this case, the parameters of the controller with the reference model are selected to reduce the possible amplitude of the discontinuous signal for controlling the AUV velocity. The second loop is a non-linear position controller that allows to take into account the dynamic properties of the velocity control loop and the kinematic properties of the AUV. The advantage of the proposed control system in comparison with traditional ones based on PID controllers is a higher control accuracy when moving along complex spatial trajectories, regardless of changes in the AUV parameters. The simulation results confirmed the high efficiency of the synthesized two-loop control system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.