АНАЛІЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ БАГАТОЦІЛЬОВОГО АВТОНОМНОГО БЕЗПІЛОТНОГО ПІДВОДНОГО АПАРАТА ЗІ СКЛАДНОЮ ДИНАМІКОЮ РУХУ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.65(1).2023.283195Ключові слова:
автономний безпілотний підводний апарат, система автоматичного керування, системи орієнтації та навігаціїАнотація
Оглядову статтю присвячено аналізу систем керування автономними безпілотними підводними апаратами, які відносяться до робототехнічних підводних комплексів і використовуються для забезпечення пошукових та глибоководних аварійно-рятувальних робіт, обстеження різноманітних підводних об‘єктів (магістральних трубопроводів, донних споруд, корпусів суден тощо), проведення наукових океанографічних досліджень, моніторингу морського середовища. У роботі розглянуто наукові літературні джерела, в яких наведено результати розробок та досліджень систем орієнтації, навігації та керування рухом багатоцільових автономних безпілотних підводних апаратів зі складною динамікою руху, зокрема при виконанні місій в обмеженому просторі з рухом за складними траєкторіями. Особливу увагу зосереджено на таких режимах руху апаратів, як відстеження траєкторії, відслідковування (дотримання) шляху, відстеження точки шляху. Проведено аналіз засобів навігації та керування, які можуть бути використані для забезпечення різних режимів руху, а також розглянуто напрямки розвитку як самих безпілотних підводних апаратів, так і систем керування ними.
Для обґрунтування розробки системи керування багатоцільовим маневреним автономним апаратом класу міні сформульовано основні вимоги, для забезпечення яких запропоновано проводити синтез і дослідження системи керування на основі моделювання динаміки руху міні-апарата для різних за параметрами та траєкторією режимів руху, розробити алгоритми адаптивного керування апаратом, вдосконалити систему орієнтації та навігації, побудовану на основі MEMS датчиків. Запропоновано та обґрунтовано інформаційну модель процесу розробки, яка задає послідовність визначення вагомих параметрів і характеристик апарату та виконання важливих етапів синтезу та аналізу системи керування.
Посилання
J. Wang, Z. Wu, H. Dong, M. Tan, and J. Yu, “Development and control of underwater gliding robots: A review”, IEEE/CAA J. Autom. Sinica, vol. 9, no. 9, pp. 1543–1560, 2022. DOI: 10.1109/JAS.2022.105671
N. I. Burau, L. L. Yatsko, M. D. Rasulov and V. S. Bobryk, "Review of the state of modern autonomous unmanned underwater vehicles", Bulletin of the Engineering Academy of Ukraine, No. 4, p. 12 – 17, 2017. ( In Ukrainian)
S. Bhat and I. Stenius, “Hydrobatics: a review of trends, challenges and opportunities for efficient and agile under actuated AUVs”, IEEE/OES Au-tonomous Underwater Vehicle Workshop, pp. 1-8., 2018. DOI: 10.1109/AUV.2018.8729805
S. Bhat, I. Stenius and T. Miao, “Real-time flight simulation of hydrobatic AUVs over the full 00 - 3600 envelope”, IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 46, no. 4, pp. 1114-1131, 2021. DOI: 10.1109/JOE.2021.3076178
Technology and Applications of Autonomous Underwater Vehicles, Ed. by Gwyn Griffiths, Published by Taylor & Francis, 2003.
Autonomous Underwater Vehicles, Ed. by Nuno A. Cruz, Published by InTech, 2011.
Ladan Sahafi, “Сost-Effective Navigation of Au-tonomous Underwater Vehicles”, University of Adelaide, 2013.
Raja Rout, “Control of Autonomous Underwater Vehicles”, National Institute of Technology, Rourkela, 2013.
Z. Yan, Z. Yang, G. Zhang, J. Zhou, X. Pan and L. Yue, "Diving Control of Underactuated UUV Based on Backstepping Upper Bound Sliding Mode Method", 2019 Chinese Control Conference (CCC), Guangzhou, China, 2019, pp. 381-385, DOI: 10.23919/ChiCC.2019.8865195.
W. Zhang et al., “Path following control for an under-actuated UUV based on adaptive sliding mode control”, Int. J. Robot Autom, vol. 32, no. 5, pp. 458-470, 2017. DOI:10.2316/Journal.206.2017.5.206-4660
D. A. M. Ravell, M. M. Maia and F. J. Diez, “Modeling and control of unmanned aeri-al/underwater vehicles using hybrid control”, Control Engineering Practice, vol. 76, pp. 112-122, 2018.
Bo He et al., “Autonomous Navigation for Autonomous Underwater Vehicles Based on Infor-mation Filters and Active Sensing”, Sensors, 11, pp. 10958-10980, 2011. DOI:10.3390/s111110958
T. Sands, K. Bollino, I. Kaminer, and A. Healey, “Autonomous Minimum Safe Distance Maintenance from Submersed Obstacles in Ocean Currents”, Journal of Marine Science and Engineering, vol. 6, no. 3, p. 98, Aug. 2018, DOI: 10.3390/jmse6030098.
V. S. Davydov, V. I. Bohomʺya, V. V. Demychev, “Pryntsypy pobudovy suchasnykh kompleksiv oriyentatsiyi ta navihatsiyi avtonomnykh pidvodnykh aparativ z vykorystannyam hidroakustychnykh system”, Vodnyy transport, vyp. 2, № 6, s. 37-41, 2015 (In Ukrainian)
S. Liu, Y. Liu and N. Wang, “Robust adaptive self-organizing neuro-fuzzy tracking control of UUV with system uncertainties and unknown dead-zone nonlinearity”, Nonlinear Dynamics, 89, pp. 1397-1414, 2017. DOI:10.1007/s11071-017-3524-z
M. T. Sabet, H. Mohammadi Daniali, A. Fathi and E. Alizadeh, "A Low-Cost Dead Reckoning Navigation System for an AUV Using a Robust AHRS: Design and Experimental Analysis", IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 43, no. 4, pp. 927-939, Oct. 2018. DOI: 10.1109/JOE.2017.2769838.
E. Balestrieri, P. Daponte, L. De Vito, F. Lamonaca, “Sensors and Measurements for Unmanned Systems: An Overview”, Sensors, vol. 21, no. 4, pp. 1518-1545, 2021. DOI: 10.3390/s21041518.
Underwater Vehicles, Ed. by A. V. Inzartsev, Published by IntechOpen, London, UK, 2009. DOI: 10.5772/107.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 CC BY 4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
