Методы формирования программных сигналов и высокоточного управления скоростным движением подводных аппаратов

• Автор: Юхимец, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 315 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К СИНТЕЗУ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НЕОБИТАЕМЫМИ ПОДВОДНЫМИ АППАРАТАМИ
1.1 Анализ особенностей НПА как объектов управления
1.2 Анализ подходов к синтезу СУ НПА
1.3 Анализ подходов к реализации и тестированию СУ НПА
1.4 Постановка задачи исследования
1.5 Выводы
2. МЕТОД СИНТЕЗА ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕОБИТАЕМЫМ ПОДВОДНЫМ АППАРАТОМ
2.1 Описание математической модели НПА
2.1.1 Математическая модель пространственного движения НПА
2.1.2 Математическая модель движителей НПА
2.1.3 Декомпозированная модель пространственного движения НПА
2.1.4 Порядок синтеза декомпозированной СУ НПА
2.2. Синтез локальной подсистемы управлением движителями НПА
2.2.1 Синтез нелинейной системы управления движителем НПА с самонастройкой по эталонной модели
2.2.2 Синтез СУ движителями НПА на основе нейронных сетей
2.3 Метод синтеза адаптивной СПС для управления скоростью движения НПА
2.3.1 Анализ свободного и вынужденного движений СПС для управления скоростью движения НПА
2.3.2 Синтез закона управления скоростью движения НПА
2.3.3 Расчет параметров адаптивной подсистемы управления скоростью движения НПА по одной степени свободы
2.3.4 Определение допустимой величины шага квантования непрерывного входного сигнала контура скорости СУ НПА

2.3.5 Исследование работы синтезированной системы управления скоростью движения НПА
2.4 Синтез контура управления пространственным положением и ориентацией НПА
2.5 Исследование синтезированной системы управления пространственным движением НПА
2.6 Выводы
3. МЕТОД СИНТЕЗА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕОБИТАЕМЫМ ПОДВОДНЫМ АППАРАТОМ С ОДНИМ ПОВОРОТНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ
3.1 Описание конструкции НПА с одним поворотным маршевым движителем
3.2 Разработка структуры системы управления НПА с одним поворотным движителем
3.3 Разработка алгоритма решения обратной задачи кинематики устройства ориентации движителя НПА
3.3 Формирование программных сигналов для различных режимов движения НПА с одним поворотным движителем
3.3.1 Режим движения НПА с одним поворотным движителем к заданной точке
3.3.2 Режим подхода НПА к целевой точке с заданной ориентацией
3.3.3 Режим движения НПА по произвольной пространственной траектории..
3.4 Выводы
4. МЕТОДЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ СИГНАЛОВ ДВИЖЕНИЯ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ
4.1 Обоснование возможности обеспечения высокоточного управления движением НПА по заданной пространственной траектории на основе изменения программных сигналов его движения
4.2 Метод автоматического формирования программной скорости движения НПА по заданной траектории
4.2.1 Метод синтеза регулятора программной скорости движения НПА
4.2.2 Исследование системы формирования программной скорости движения НПА по заданной траектории
4.3 Метод автоматической коррекции программной траектории движения НПА
4.3.1 Особенности коррекции программных сигналов движения НПА

4.3.2 Исследование метода коррекции программной траектории движения НПА
4.4 Разработка метода высокоскоростного и высокоточного движения НПА по пространственной траектории
4.4 Способ определения вектора отклонения НПА от программной траектории движения
4.4.1 Определение вектора отклонения НПА от траектории, задаваемой аналитическими выражениями вида (4.2)
4.4.2 Определение вектора отклонения НПА от траектории, формируемой на основе сплайнов третьего порядка
4.5 Экспериментальные исследования разработанных систем высокоточного управления движением НПА
4.5.1 Экспериментальные исследования системы формирования программных сигналов движения с использованием АНПА «НМ-2»
4.5.2 Экспериментальные исследования системы автоматического формирования программных сигналов движения с использованием АНПА «МАКК»
4.6 Выводы
5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ
5.1 Разработка метода комплексирования данных, поступающих от бортовых датчиков НПА
5.1.1 Постановка задачи комплексирования сигналов, поступающих от датчиков НПА
5.1.2 Алгоритм комплексирования данных с навигационно-пилотажных датчиков НПА
5.1.3 Результаты математического моделирования работы алгоритма комплексирования данных, получаемых от бортовых датчиков НПА
5.2 Разработка метода идентификации параметров НПА
5.2.1 Метод идентификации параметров НПА
5.2.2 Результаты математического моделирования алгоритма идентификации параметров НПА
5.3 Выводы

- формирование реалистичной трехмерной визуализации окружающей обстановки;
- быстрое создание и настройка СУ роботом на основе разработанных в этом комплексе алгоритмов.
Кроме того, явно прослеживается тенденция к интеграции с программным обеспечением сторонних производителей для реализации отдельных специфических функций (моделирование динамики, визуализация и т.д.). Это обеспечивает пользователям привычный и удобный интерфейс для работы, облегчает освоение всего комплекса в целом и расширяет его функциональные возможности.
Однако, несмотря на большие возможности, предоставляемые уже существующими программными комплексами, существуют задачи, для которых их использование либо невозможно, либо требует значительных модификаций и больших затрат времени и труда разработчиков. В частности, указанные моделирующие комплексы позволяют проверить работоспособность выбранного закона управления мобильным роботом, но не позволяют провести проверку правильности реализации указанных алгоритмов в его реальной СУ при ее работе в различных режимах. Это объясняется тем, что архитектура программного обеспечения, реализующего эту СУ, может быть не совместима с универсальным моделирующим комплексом, а также закрытостью их кода. То есть задачи полунатурного моделирования, которые задействуют аппаратную часть и программное обеспечение конкретного НПА, при использовании уже существующих универсальных моделирующих комплексов становятся труднореализуемыми. Поэтому возникает необходимость создания подхода к синтезу специализированных программных комплексов для полунатурного моделирования работы СУ НПА, имеющих конкретную реализацию программной архитектуры. В этом случае становится возможным избежать повреждений НПА при проверке и настройке новых законов управления, программная реализация которых может содержать ошибки, оценивать соответствие вычислительных мощностей бортовых компьютеров выбранному закону управления, а также учитывать в процессе моделирования реальные задержки, возникающие при формировании сигналов управления.