Алгоритм управления малогабаритным беспилотным подводным комплексом

Цель исследования. Создание систем мониторинга водоемов позволяет оперативно оценивать экологическую ситуацию в различных точках района мониторинга. Одним из основных этапов исследования качества воды является отбор проб, который сегодня осуществляется на стационарных постах, что делает невозможным обеспечение оперативного контроля на различных участках объекта наблюдения. Решение проблемы возможно за счет применения мобильных роботизированных платформ. Целью работы является создание математической модели и алгоритма управления автономным движением подводного роботизированного устройства для сбора проб воды в водоеме.
Методы. Для этого решены следующие задачи: разработана структура устройства, которая состоит из блока силового каркаса, блоков винтовых электроприводов, блоков рулей глубины и направления. А также блока бортового источника питания, блока сенсоров, обеспечивающих взаимодействие подводного аппарата с окружающей средой. Сформулированы задачи управления, для этого разработана схема движения устройства в водоеме.
Результаты. Предложен модульный метод планирования траектории, основанный на понятии единичный цикл движения, который состоит из 2-х поворотов и 2-х прямолинейных этапов 2R2P, также предложена модель управляющего алгоритма и исследованы реакции аппарата на внешние возмущения. При решении задач применены общие теоремы динамики, метод синтеза алгоритма по обратной задаче динамики.
Заключение. В результате проведенных исследований рассмотрена реакция системы на возмущающие воздействия, действующие в продольном направлении, приведены графики возмущения, случайного типа с нормальным законом распределения и отклонение центра масс от заданного положения.

1. Инзарцев А.В., Павин А.М., Багницкий А.В. Планирование и осуществление действий обследовательского подводного робота на базе поведенческих методов // Подводные исследования и робототехника. 2013. № 1 (15). С. 4–16.

2. Distributed Simulation Framework for Investigation of Autonomous Underwater Vehicles’ RealTime Behavior / S. Melman, V. Bobkov, A. Inzartsev, A. Pavin // Proceedings of the OCEANS’15 MTS/IEEE Conference. Washington DC, USA, 2015.

3. Pavin A., Inzartsev A., Eliseenko G. Reconfigurable Distributed Software Platform for a Group of UUVs (Yet Another Robot Platform) // Proceedings of the OCEANS’16 MTS/IEEE Conference. Monterey, USA, 2016.

4. Костенко В.В., Павин А.М. Автоматическое позиционирование необитаемого подводного аппарата над объектами морского дна с использованием фотоизображений // Подводные исследования и робототехника. 2014. № 1(17). С. 39–47.

5. Reconfigurable Webbased Simulation Environment for AUV / A. Pavin, A. Inzartsev, G. Eliseenko, O. Lebedko, M. A. Panin // Proceedings of the OCEANS’15 MTS/IEEE Conference. Washington DC, USA, 2015.

6. Реконфигурируемая кроссплатформенная среда моделирования поведения необитаемого подводного аппарата / А.В. Инзарцев, А.М. Павин, Г.Д. Елисеенко, Д.Н. Родькин, А.В. Сидоренко, О.А. Лебедко, М.А. Панин // Подводные исследования и робототехника. 2015. № 2 (20). С. 28–34.

7. Pavin A. Underwater Object Recognition in Photo Images // Proceedings of the OCEANS’15 MTS/IEEE Conference. Washington DC, USA, 2015.

8. Распознавание и обследование малоразмерных подводных объектов с помощью автономных необитаемых подводных аппаратов / А.В. Инзарцев, А.М. Павин, О.А. Лебедко, М.А. Панин // Подводные исследования и робототехника. 2016. № 2 (22). C. 36–43.

9. Князев С. И., Маслов А. А., Яцун С. Ф. Математическая модель малогабаритного беспилотного подводного комплекса для экологического мониторинга водоемов // XXXI Международная инновационная конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС-2019). М., 2020. С. 480-483.

10. Князев С.И., Яцун А.С., Яцун С.Ф. Управляемое движение малогабаритного подводного робототехнического комплекса (МБПК) // Балтийский морской форум. Материалы VII Международного Балтийского морского форума: в 6 т. Калининград, 2019. С. 40-45.

11. Князев С. И., Яцун А. С., Яцун С. Ф. Управляемое движение малогабаритного подводного робототехнического комплекса (МБПК) // Балтийский морской форум. Материалы VII Международного Балтийского морского форума: в 6 т. Калининград, 2019. С. 40-45.

12. Ефимов С. В., Князев С. И., Яцун С. Ф. Изучение управляемого движения малогабаритного подводного комплекса – анализатора загрязнений акватории // Cloud of Science. 2020. Т.7, №3. С.488-497.

13. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982. 392 с.

14. Лурье Б.Я., Энрайт П. Дж. Классические методы автоматического управления / под ред. А.А.Ланнэ. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 640 с.

15. Schweppe F. Uncertain dynamic systems. Englewood Cliffs; N.J.: Prentice Hall, 1973. 563 с.

16. Куржанский А.Б. Управление и наблюдение в условиях неопределенности. М.: ФИЗМАТЛИТ, 1977. 392 с.

17. Черноусько Ф.Л. Оценивание фазового состояния динамических систем. М.: Наука, 1988. 321с.

18. Солодовников В.В. Автоматическое управление и вычислительная техника. М.: Мир, 1999. 495 c.

19. Левин В. И. Структурно-логические методы исследования сложных систем с применением ЭВМ. М.: Наука, 1987. 304 с.

20. Левин В. И. Оптимальное проектирование в условиях неопределенности. Метод детерминизации // Онтология проектирования. 2013. № 3 (9). С. 41–52.