Управляемое движение малогабаритного подводного комплекса (МБПК)

Цель  исследования.  В  статье  проведено  математическое  моделирование  и  исследование  движения малогабаритного подводного робота, предназначенного для мониторинга загрязнения объектов гидросферы.  Современные  методы  мониторинга  окружающей  среды  предполагают  наличие  стационарных постов  наблюдения.  Задача  подвижного  управляемого  мониторинга  в  настоящее  время  остается нерешенной.  Одним  из  путей  решения  данной  проблемы  является  переход  к  системам  управления, обеспечивающим заданное движение водного комплекса как по поверхности, так и под водой.   Поэтому целью данной статьи является изучение и задание основных закономерностей и алгоритмов на основе математических моделей, описывающих управляемое движение малогабаритных подводных комплексов.

Методы. При разработке алгоритма управления движением МБПК использована математическая модель, позволяющая  определять  пространственно-временное  расположение  МБПК  с  переменным  вектором тяги.  Получены  основные  математические  выражения,  определяющие  движение  МБПК  по  заданной траектории. Особое внимание уделено той части алгоритма, которая обеспечивает движение МБПК по заданной траектории в подводном режиме при отсутствии связи с глобальной навигационной системой с учетом подводной GPS и расстояния до дна и препятствий. В качестве основного критерия качества управления использована величина отклонения реального положения МБПК от заданного.

Результаты. Для выбора направления движения при мониторинге водоема разработан метод планирования траектории, построенный на кусочно - линейных отрезках, позволяющий зондировать пространство водоема таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность процесса мониторинга при минимальном количестве точек отбора проб. Для этого каждый новый отрезок траектории и точки забора проб  планируются с учетом информации о концентрации загрязняющих веществ на предыдущем этапе, а также береговой линии и глубины водоема.

Заключение.  В  статье  рассмотрен    метод  мониторинга  водоемов  с применением  малогабаритного беспилотного  подводного  комплекса.  Разработана  кинематическая  и  динамическая  модели  движения МБПК. Предложен метод планирования траектории движения на основе кусочно-линейных отрезков. Разработан  алгоритм управления автономным движением подводного аппарата.

1. Бионический плавающий робот для мониторинга природных и техногенных объектов в гидросфере / Б.В. Лушников, С.И. Савин, К.Г. Казарян, А.С. Яцун, А.В. Мальчиков// Управляемые вибрационные технологии и машины: сб. науч. ст.: в 2 ч. / редкол.: С.Ф. Яцун (отв. ред.) [и др.]. Курск: ЮЗГУ, 2012. Ч. 2. С. 107-111.

2. Ляхов Д. Г. Современные задачи подводной робототехники //Подводные исследования и робототехника. 2012. №. 1. С. 15-23.

3. Робот для диагностики загрязнения воды [электронный ресурс]. URL:http://aquavitro.org/2010/12/24/ryba-robot-dlya-diagnostiki-zagryazneniya-vody/.

4. Цариченко С. Г., Николаев В. С. Применение приборных поисковых комплексов для обследования подводных объектов // Пожарная безопасность. 2017. №. 1. С. 67-68.

5. Автономные подводные роботы: системы и технологии / М.Д. Агеев, Л.В. Киселев, Ю.В. Матвиенко [и др.]; под общ. ред. М.Д. Агеева; Институт проблем морских технологий. М.: Наука, 2005. 398 с.

6. Самоходные необитаемые подводные аппараты / Ю.А. Боженов, В.М. Гаврилов, Ю.И. Жуков, И.Б. Иконников [и др.]. Л.: Судостроение, 1986. 185 с.

7. Гафуров С.А., Салмина В.А. Классификация автономных необитаемых подводных аппаратов // Перспективные системы и задачи управления: матер. 11 Всеросс. науч.-практ. конф.: в 2 т. Ростов-на-Дону, 2016. Т. 1. С. 110-128.

8. Необитаемые подводные аппараты военного назначения / под ред. М.Д. Агеева. Владивосток: Дальнаука,2005. 164 с.

9. Яцун С. Ф. [и др.] Развитие малых и средних автономных необитаемых подводных аппаратов на основе бионических (рыбоподобных) принципов движения для решения задач подразделений специального назначения ВМФ РФ // Известия ЮФУ. Технические науки. 2019. №. 1. С. 98-109.

10. Jatsun S.F., Lushnikov B.V., Politov E.N., Knyazev S.Underwater floating robot-fish: a comparative analysis of the results of mathematical modelling and full-scale tests of the prototype // MATEC Web of Conferences, ed.: A. Ronzhin and V. Shishlakov. 2017. С. 02014.

11. Яцун С.Ф., Лушников Б.В., Политов Е.Н. Управление рыбоподобным робототехническим устройством для мониторинга объектов в гидросфере // Перспективные системы и задачи управления: матер. одиннадцатой Всеросс. науч.-практ. конф.: в 2 т. Ростов-на-Дону, 2016. Т. 1. С. 208-222.

12. Подводный GPS на телеуправляемом необитаемом подводном аппарате: опыт использования. URL: unavlab.com

13. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Системы числового программного управления. М.: Логос, 2005. 296 с.

14. Филаретов В.Ф., Лебедев А.В., Юхимец Д.А. Устройства и системы управления подводных роботов. М.: Наука, 2005. C. 272.