Введение 3
Постановка задачи 4
Обзор литературы 5
Глава 1. Проектирование Динамической и Кинематической модели 6
Глава 2. Модель ошибки 8
Глава 3. Проектирование Управления 10
3.1. Управление Кинематики основанное на законе регулирования LOS 10
3.2. Обнаружение препятствия и расчёт штрафа для его обхода 11
3.2.1 Обнаружение препятствия 11
3.2.2 Расчёт штрафов 12
3.3. ПИД-регулятор 14
Глава 4. Подготовка к симуляции 18
Глава 5. Компьютерное моделирование управляемого движения AUV 20
Выводы 30
Заключение 31
Список литературы 33
Автономный подводный аппарат или AUV(Autonomous Underwater
Vehicle) представляет собой морского робота, перемещающегося внутри акватории с целью сбора необходимых данных. Компании из сферы добычи
газа и нефти используют таких роботов для изучения морского дна, чтобы
в дальнейшем, использовать полученные данные для более эффективной
добычи ресурсов а также прокладки логистических труб. Из-за того, что
AUV на протяжении всей своей миссии должен следовать запланированному маршруту, то отсюда вытекает критическая важность в том, чтобы
аппарат обладал технологией следования пути. Когда робот работает в
морской среде, то обычно его маршрут задают с помощью набора путевых
точек(Way Points), соединённых между собой прямыми линиями.
Полноприводный подводный аппарат, как правило, имеет 6 степеней
свободы, но часто стоит задача управления аппаратом с меньшим количеством степеней свободы, например, в работе [1] рассматривается управление подводным роботом с тремя степенями свободы. Чтобы осуществить
движение вдоль пути AUV должен постоянно вычислять своё положение в
режиме реального времени. Такая задача осуществляется с помощью кинематического управления, согласованного с управлением LOS. Примеры
использования LOS(Line-Of-Sight Guidance Law) управляющего закона для
движения по заданному пути можно наблюдать в работах[2][3][4]. Наравне
с задачей управления, также было проделано много исследований по проектированию динамического управления. Преобладающие методы для решения задачи движения по траектории: с помощью ПИД регулятора[4],
бекстеппинг управление[4], управление со скользящим режимом[3] и управление с прогнозирующими моделями(MPC)[6].
В данной работе предлагается подход к решению задачи планирования и реализации траектории движения автономного подводного аппарата
с учётом препятствий, а также осуществляется компьютерное моделирование и симуляция процессов управления.
В ходе работы были выполнены все поставленные задачи. В первой
главе было описано проектирование упрощённых кинематической и динамической моделей робота с пятью степенями свободы. Затем во второй
главе мы рассматриваем как вычисляются необходимые для управления
ошибки. В третьей главе, основываясь на вычислениях Модели ошибки,
рассмотрено Кинематическое управление, основанное на законе регулирования LOS, а для обхода препятствий был представлен метод расчёта штрафов, основанный на информации, полученной с сонара, установленного в
передней части подводного аппарата. Вычисления из метода расчёта штрафов и управления кинематики были использованы в ПИД-регуляторе. В
четвертой главе были описаны все необходимые коэффициенты для проведения симуляции движения подводного автономного аппарата вдоль заданной траектории с учётом возможных препятствий, встречающихся на
пути.
Результаты симуляции показывают, что описанный выше метод справляется с поставленной в ВКР задачей. В ходе проделанной работы были
получены следующие основные результаты, которые выносятся на защиту:
311. Предложен подход для планирования и реализации траектории, заданной путевыми точками, использующий LOS-регулирование и ПИДуправление, с обходом препятствий.
2. В среде MATLAB-Simulink разработан программный комплекс для
проведения имитационного движения подводного аппарата по маршруту, заданному с помощью путевых точек с обходом препятствий.
