Метод синтеза позиционно-силовых систем управления электроприводами многостепенных манипуляторов, установленных на автономные необитаемые подводные аппараты. Часть 2

В первой части статьи авторами предложен комплексный метод для решения задачи синтеза комбинированных позиционно-силовых систем управления (СУ) электроприводами (ЭП) многозвенных подводных манипуляторов (МПМ), устанавливаемых на автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА), работающие в режиме посадки на грунт или на объекты работ с последующей жесткой фиксацией этих АНПА с помощью специальных устройств. Для реализации этого метода, во-первых, был выполнен синтез самонастраивающихся корректирующих устройств (СКУ), позволяющих обеспечить стабилизацию переменных динамических параметров ЭП на базе коллекторных двигателей постоянного тока на заданном номинальном уровне, во-вторых, осуществлен синтез наблюдателей с переменной структурой, позволяющих при создании следящих СУ МПМ использовать только датчики положения выходных валов их ЭП, и, в-третьих, выполнен синтез позиционно-силовых регуляторов, которые за счет минимизации выбранного квадратичного критерия качества позволили обеспечивать точную отработку заданных перемещений выходных валов ЭП с поддержанием на них требуемых моментов.

Во второй части статьи приводится описание работы позиционно-силовой СУ всеми ЭП МПМ, обеспечивающей возможность создания требуемых силовых воздействий его рабочего инструмента на поверхности объектов работ в процессе движения по сложным пространственным траекториям в подводной среде. Созданная СУ обеспечивает успешное выполнение силовых операций даже при наличии непрерывно меняющихся и заранее неизвестных параметров взаимодействий звеньев МПМ с вязкой средой, с учетом скорости течения жидкости, вязких трений и присоединенных к звеньям МПМ массы и моментов инерции жидкости.

Работоспособность и эффективность синтезируемых позиционно-силовых СУ была подтверждена результатами компьютерного моделирования. Анализ этих систем и результатов моделирования позволил определить условия, при которых необходимо точно учитывать различные особенности воздействия вязкой среды на звенья МПМ при выполнении сложных технологических операций.

1. Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Горностаев И. В., Тимошенко А. А. Метод синтеза позиционно-силовых систем управления электроприводами многостепенных манипуляторов, установленных на автономные необитаемые подводные аппараты. Часть 1 // Мехатроника, автоматизация, управление. 2026. Т. 27, № 3. С. 135—145. DOI: 10/17587/ mau.27.135-145.

2. Инзарцев А. В., Киселев Л. В., Костенко В. В., Матвиенко Ю. В., Павин А. М., Щербатюк А. Ф. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение. Владивосток: ИПМТ ДВО РАН, 2018. 368 с.

3. Griffiths G. Technology and Applications of Autonomous Underwater Vehicles. London: CRC Press, 2003. 369 p. DOI: 10.1201/9780203522301.

4. Патент РФ № 2827123. Способ позиционно-силового управления автономным необитаемым подводным аппаратом с многостепенным манипулятором / Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Тимошенко А. А. Бюл. № 27, 2024.

5. Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Мурсалимов Э. Ш. Метод комплексирования данных с навигационных датчиков подводного аппарата с использованием нелинейного фильтра Калмана // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 8. С. 64—70.

6. Børhaug E., Pivano L., Pettersen K. Y., Johansen T. A. A Model-based ocean current observer for 6DoF underwater vehicles // IFAC Proc. 2007. Vol. 40, N. 17. P. 169—174. DOI: 10.3182/20070919-3-HR-3904.00031.

7. Fossen T. I. Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control. John Wiley & Sons, 2011. 596 p. DOI:10.1002/9781119994138.

8. Gradetsky V. G., Knyazkov M. M., Semenov E. A., Sukhanov A. N. Design and Control for Vacuum Contact Devices of Mobile Wall Climbing Robot Application in Complex Environment // Studies in Systems, Decision and Control. 2020. T. 261. C. 143—155. DOI: 10.1007/978-3-030-32710-1_11.

9. Ермолов И. Л., Князьков М. М., Семенов Е. А., Суханов А. Н. Способ адаптации вакуумных захватных устройств при их использовании в водной среде // Материалы XIV Всероссийской мультиконференции по проблемам управления МКПУ-2021. 2021. С. 178—180.

10. Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Тимошенко А. А. Идентификация параметров взаимодействия звеньев подводных манипуляторов с вязкой средой для точного автоматического выполнения манипуляционных операций. Часть 1 // Мехатроника, автоматизация, управление. 2025. Т. 26. № 2. С. 98—108. DOI: 10.17587/mau.26.98-108.

11. Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Тимошенко А. А. Идентификация параметров взаимодействия звеньев подводных манипуляторов с вязкой средой для точного автоматического выполнения манипуляционных операций. Часть 2 // Мехатроника, автоматизация, управление. 2025. Т. 26. № 3. С. 128—138. DOI: 10.17587/mau.26.128-138.

12. Fan J., Wang X., Zhou Ch., Ou Y., Jing F., Hou Z. Development, Calibration, and Image Processing of Underwater Structured Light Vision System: A Survey // IEEE Transactions on instrumentation and measurement. 2023. Vol. 72. P. 1—18. DOI: 10.1109/TIM.2023.3235420.

13. Konoplin A., Yurmanov A., Krasavin N., Pyatavin P., Panchuk M., Vasilenko R. System for identifying target objects to perform manipulative operations by unmanned underwater vehicles // IEEE International Conference on Ocean Studies. 2022. P. 55—59. DOI: 10.1109/ICOS55803.2022.10033396.

14. Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Губанков А. С. Управление манипуляторами при выполнении различных технологических операций. М.: Наука, 2018. 232 с.

15. Крейг Д. Дж. Введение в робототехнику: механика и управление. М.: Ижевск.: Институт компьютерных исследований, 2013. 564 с.

16. Gubankov A., Gornostaev I. Comparison Study of Different Types of Setting Reference Movements for Mechatronic Objects by Parametric Splines // Proc. of the 2022 International Conference on Ocean Studies. Vladivostok, Russia. 2022. P. 35—38. DOI: 10.1109/ICOS55803.2022.10033330.