Разработка и исследование основ построения энергетических систем подводных аппаратов

• Автор: Бриллиантов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с. : ил.

Глава I Анализ условий и факторов, влияющих на энергопотребление подводных аппаратов.
§ 1.1 Типы необитаемых подводных аппаратов и структура их систем энергообеспечения.

§ 1.2 Особенности внешней среды функционирования НПА.

§ 1.3 Влияние алгоритмов управления и режимов работы НПА на их энергетические затраты.
§ 1.4 Влияние структуры движительного комплекса и его избыточности на энергетические затраты НПА

Глава II Исследование методов минимизации энергопотребления НПА.

§ 2.1 Анализ схем энергообеспечения НПА.

§ 2.2 Аналитическое решение задачи выбора достаточной избыточности движительного комплекса НПА.
§ 2.3 Аналитическое исследование режимов движения НПА, обеспечивающих минимизацию энергозатрат.

§ 2.4 Анализ динамики и оценка энергетики целенаправленного движения НПА.

Глава III Техническая реализация систем энергообеспечения НПА.

§ 3.1 Системы энергообеспечения телеуправляемых и буксируемых подводных аппаратов.
§ 3.2 Системы энергообеспечения автономных подводных аппаратов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список цитируемой литературы:

Энергетическая обеспеченность ПА является важнейшим показателем, определяющим его возможности и эффективность использования. Система энергообеспечения НПА выполняет две функции: во-первых, обеспечивает НПА достаточным уровнем электроэнергии, во-вторых, обеспечивает режимы минимизации потребления электроэнергии. Основным аспектам этих двух функций посвящены исследования настоящей диссертационной работы.
Каждый из существующих типов ПА, автономные и привязные, по-своему зависят от энергетического обеспечения. Автономные - от энергоёмкости энергоносителей, привязные - от совершенства передачи и преобразования энергии, способности энергосистемы обеспечивать пиковые нагрузки.
С другой стороны эффективность работы энергосистемы, её экономические показатели потребления энергии в существенной степени определяются, во-первых, конструктивным совершенством ПА и, во-вторых, режимами плавания и маневрирования у дна.
Подводные аппараты всех типов можно рассматривать как функционирующее под водой устройство, которое с позиции системотехники представляет собой единство конструкции, энергии и информации. В порядке уточнения можно добавить, что автономные необитаемые подводные аппараты представляют собой класс многомерных систем с избыточностью, которая обеспечивает им адаптацию и минимизирует потребляемую энергию. Нужно заметить, что чем выше вообще адаптационные свойства ПА, тем в более недетерминированной среде он способен действовать, не требуя увеличения расхода энергии.
Конструктивное совершенство оказывается интегральной характеристикой. Так для автономных ПА оно существенно определяется движитель-ным комплексом и местом расположения движителей, их избыточностью, типом силового привода и его экономичностью. Для привязных ПА - (ТПА) движительный комплекс так же оказывается определяющим, однако заметное влияние на энергосистему оказывает и система управления пространственным движением и маневрированием. Поскольку весь процесс движения и маневрирования сводится к движению к цели (первый режим) и к маневрированию у цели (второй режим) формирование стратегии управления каждым режимом способно заметно снизить нагрузки на систему энергоснабжения ТПА. При этом финальная часть второго режима - динамическое позиционирование требует особенно тщательных размышлений и остроумных решений, поскольку от его совершенства - способности надежно стабилизировать ТПА у объекта работ - коренным образом зависит все рабочие функции выполняемые аппаратом.
Идеологическая нагрузка на движительный комплекс в основном концентрируется на выборе числа, расположения движителей, на выборе целесообразной избыточности. Это принципиальные вопросы, решению которых посвящено не так много работ [7, 10, 11,22, 27, 35].
В диссертационной работе использованы и проанализированы их результаты.
Выбор стратегии управления ПА как многомерным объектом требует решения многих вопросов и в частности важнейшим оказывается понятие целенаправленного движения ПА. Принятие этой идеологии формулирует и соответствующие решения по структуре движительного комплекса, способах и технических средствах, используемых для выработки команд управления.
Исследованию этих вопросов посвящено значительно большее число работ [50, 55, 56, 57, 59, 60, 61, 62, 63]. Их результаты также тщательно проанализированы в диссертационной работе.
Для привязных ПА (ТПА, БПА), важнейшее значение приобретает система преобразования и передачи электроэнергии по кабелю, часто значительной протяженности (до 8000 м для глубоководных ПА). Выбор требуемых мощностей существенно определяет массогабаритные характеристики не только самого ПА, но и кабеля, спускоподъемного устройства и в конечном итоге - судна обеспечения.
1.3. Влияние алгоритмов управления и режимов работы А ПА на их энергетические затраты
к тому, что суммарный вектор упора, реализующий траекторию движения, формируется в условиях ограниченности выбора, затрудненной и не полной адаптации. А это приводит к завышению энергопотребления.
Наибольшее развитие и применение избыточности связано с теоретическими и практическими разработками подводных автономных аппаратов-роботов и совершенствованием способов управления ими.
Как при управлении движением робота, так и при управлении движением инструмента манипулятора автоматизация действий человека-оператора шла по пути перехода от способа ручного управления к полуавтоматическому. При этом повысилось качество управления, эффективность работы человека-оператора и снизилась степень его утомляемости. Однако человек по-прежнему выполнял функции оператора: от него требовалась непрерывная активная работа в контуре управления биотехнической системы управления в реальном масштабе времени.
Поскольку многофункциональность и адаптация к особенностям внешней среды в роботах с системами ручного и полуавтоматического управления достигается исключительно за счет естественного интеллекта оператора, их принято относить к роботам первого поколения [7]. Дальнейшее повышение уровня автоматизации действий человека при управлении роботом связано с использованием методов искусственного интеллекта и автоматического управления для решения задач адаптации робота к внешней среде и для повышения степени автономности поведения робота. В этой связи В.Р. Феррел и Т.Б. Шеридан в 1967 г. [92] предложили использовать для дистанционного управления роботами и манипуляторами принцип супервизорного управления. Согласно этому принципу человек, работающий в режиме супервизора и находящийся на базовой части робота (например, на наземном центре управления космическим роботом или на судне обеспечения при управлении подводным роботом), разбивает исходную задачу на последовательность элементарных операций, каждая из которых может быть автономно выполнена исполнительной частью робота. Отдельной элементарной операции присваи-