RU2582868C2 - Method of controlling mobile object - Google Patents

Method of controlling mobile object Download PDF

Info

Publication number
RU2582868C2
RU2582868C2 RU2013155802/08A RU2013155802A RU2582868C2 RU 2582868 C2 RU2582868 C2 RU 2582868C2 RU 2013155802/08 A RU2013155802/08 A RU 2013155802/08A RU 2013155802 A RU2013155802 A RU 2013155802A RU 2582868 C2 RU2582868 C2 RU 2582868C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
external
control
vector
matrix
Prior art date
Application number
RU2013155802/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013155802A (en
Inventor
Вячеслав Хасанович Пшихопов
Игорь Георгиевич Дорух
Борис Викторович Гуренко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет)
Priority to RU2013155802/08A priority Critical patent/RU2582868C2/en
Publication of RU2013155802A publication Critical patent/RU2013155802A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582868C2 publication Critical patent/RU2582868C2/en

Links

Landscapes

  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: control systems.
SUBSTANCE: invention can be used in designing control systems of mobile objects providing their displacement along specified trajectory with a given trajectory speed, or to a given point along preset trajectory without trajectory speed requirements presentation, or to a given point with zero final speed. In method of controlling movable object is measured external coordinates of mobile object and derivatives thereof, a row of matrices, matrix coefficients and a control signal for control of underwater vehicle. Near control object is placed on water surface ship control station equipped with receiver of signals from satellite navigation systems, using sonar and underwater radio communication system with controlled object. Using satellite navigation system signal receiver is determined external coordinates of ship control station, and using sonar determined distance to control object and its angle of vision at this range and angle of sight of external control and object coordinates are determined using a system of underwater communication is transmitted to obtained coordinates.
EFFECT: technical result is possibility of determining external coordinates of underwater vehicle.
1 cl

Description

Изобретение относится к системам управления и может быть использовано при разработке систем управления подвижными объектами, обеспечивающими их перемещение вдоль заданной траектории с заданной траекторной скоростью, или в заданную точку вдоль заданной траектории без предъявления требований к траекторной скорости, или в заданную точку с нулевой конечной скоростью.The invention relates to control systems and can be used in the development of control systems for moving objects, ensuring their movement along a given trajectory with a given trajectory speed, or to a given point along a given trajectory without presenting requirements for trajectory speed, or to a given point with zero final speed.

Известен способ управления мобильным роботом на основе следящих систем, описанный в работе [С.Ф. Бурдаков, Р.Э. Стельмаков, С.В. Штайнле. "Синтез траекторий и управление мобильными роботами в условиях неопределенности". Материалы VIII научно-технической конференции "Экстремальная робототехника"./Под научн. ред. проф. Е.И. Юревича. - СПб, изд-во СПбГТУ, 1997, 439 с. - С.198-209]. Этот способ предполагает аппроксимацию сложной траектории более простыми геометрическими образами, измерение внешних и внутренних координат объекта управления, пересчет требуемой траектории из пространства внешних координат в пространство внутренних координат и изменение внутренних координат таким образом, чтобы внешние координаты приближались к требуемым.A known method of controlling a mobile robot based on servo systems described in [S.F. Burdakov, R.E. Stelmakov, S.V. Steinle. "Trajectory synthesis and control of mobile robots in the face of uncertainty." Materials of the VIII Scientific and Technical Conference "Extreme Robotics" ./ Under the scientific. ed. prof. E.I. Yurevich. - SPb, publishing house of SPbSTU, 1997, 439 p. - S.198-209]. This method involves approximating a complex trajectory with simpler geometric images, measuring the external and internal coordinates of the control object, recalculating the required trajectory from the space of external coordinates to the space of internal coordinates, and changing the internal coordinates so that the external coordinates approach the desired ones.

Признаками этого аналога, совпадающими с признаками заявляемого способа, являются измерение внешних и внутренних координат объекта управления.The signs of this analogue, coinciding with the features of the proposed method, are the measurement of the external and internal coordinates of the control object.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является низкая точность отработки траекторий. Она обусловлена тем обстоятельством, что процедура локальной аппроксимации сложных траекторий вносит существенные погрешности в планирование и, следовательно, в отработку этих траекторий и не позволяет стабилизировать заданное значение траекторной скорости. Кроме того, предлагаемая организация движения требует наличия блока кинематических преобразований из пространства внешних координат в пространство внутренних, непосредственно управляемых координат. Отмеченная особенность позволяет получить аналитические алгоритмы преобразования только для простых кинематических схем объектов управления. При более сложной механической системе этого объекта решение обратной задачи кинематики возможно только в рамках приближенных выражений внутренних координат в функции внешних, что вносит дополнительную погрешность в формирование номинальных траекторий в пространстве внутренних координат, а следовательно, и в их отработку.The reason that impedes the achievement in this analogue of the technical result provided by the invention is the low accuracy of trajectory refinement. It is due to the fact that the local approximation of complex trajectories makes significant errors in planning and, therefore, in the development of these trajectories and does not allow to stabilize the set value of the trajectory speed. In addition, the proposed organization of movement requires a block of kinematic transformations from the space of external coordinates to the space of internal, directly controlled coordinates. The noted feature allows one to obtain analytical transformation algorithms only for simple kinematic schemes of control objects. With a more complex mechanical system of this object, the solution of the inverse kinematics problem is possible only within the framework of approximate expressions of internal coordinates as an external function, which introduces an additional error in the formation of nominal trajectories in the space of internal coordinates, and, therefore, in their refinement.

Известен также способ управления движением манипуляционного робота, приведенный в описании устройства, защищенного патентом РФ №2146606, кл. G05B 11/10, G05B 25, G05J 13/10, 2000 г. Этот способ содержит измерение обобщенных координат манипуляционного робота и их производных, преобразование их во внешние координаты, формирование матрицы нелинейных элементов, формирование матрицы коэффициентов управления, формирование матриц квадратичных и линейных форм, формирование первой и второй диагональных матриц постоянных коэффициентов, формирование вектора внешних скоростей и расчет, на основе сформированных матриц и векторов, матричных коэффициентов и сигнала управления.There is also a known method of controlling the movement of a manipulation robot, described in the description of the device protected by RF patent No. 2146606, class. G05B 11/10, G05B 25, G05J 13/10, 2000. This method comprises measuring the generalized coordinates of the manipulation robot and their derivatives, converting them into external coordinates, forming a matrix of nonlinear elements, forming a matrix of control coefficients, forming matrices of quadratic and linear forms , the formation of the first and second diagonal matrices of constant coefficients, the formation of the vector of external velocities and calculation, based on the generated matrices and vectors, matrix coefficients and control signal.

Признаками этого аналога, совпадающими с признаками заявляемого способа, являются формирование матрицы нелинейных элементов, формирование матрицы коэффициентов управления, формирование матриц квадратичных и линейных форм, формирование первой и второй диагональных матриц постоянных коэффициентов и формирование вектора внешних скоростей.The signs of this analogue, which coincide with the features of the proposed method, are the formation of a matrix of nonlinear elements, the formation of a matrix of control coefficients, the formation of matrices of quadratic and linear forms, the formation of the first and second diagonal matrices of constant coefficients and the formation of a vector of external velocities.

Причиной, препятствующей получению в этом аналоге технического результата, достигаемого в изобретении, является то обстоятельство, что в данном способе вычисление матричных коэффициентов осуществляется на основе измерения обобщенных координат управляемого объекта и их производных, что обеспечивает управление движением рабочего органа манипуляционного робота. На практике зачастую возникает необходимость управления подвижным (мобильным) объектом. Эту функцию данный способ реализовать не позволяет.The reason that prevents obtaining the technical result achieved in the invention in this analogue is the fact that in this method the calculation of matrix coefficients is based on measuring the generalized coordinates of the controlled object and their derivatives, which provides control of the movement of the working body of the manipulation robot. In practice, it is often necessary to control a moving (mobile) object. This function does not allow to implement this function.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является способ управления подвижным объектом, реализованный в устройстве управления подвижным объектом, защищенном патентом РФ №2393522, кл. G05D, 1/00, 2010 г.The closest in technical essence to the claimed (prototype) is a method of controlling a moving object, implemented in a device for controlling a moving object, protected by RF patent No. 2393522, cl. G05D, 1/00, 2010

Этот способ заключается в следующем.This method is as follows.

Измеряют внутренние координаты управляемого объекта. С помощью установленного на нем приемника сигналов спутниковых навигационных систем определяют его внешние координаты и их производные. Формируют вектор F и матрицу В нелинейного преобразования внутренних координат. Формируют вектор М внешних скоростей. Формируют матрицу - производную R вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат. Формируют матрицу - производную L вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат. Формируют матрицы N1j, N2j, N3j квадратичных форм и линейных форм внешних координат, где j = 1,   n ¯

Figure 00000001
, а n - число измеряемых внутренних координат управляемого объекта. Формируют первую А и вторую С диагональные матрицы постоянных коэффициентов размерностью n×n. Формируют первый матричный коэффициент E ^ 1
Figure 00000002
в соответствии с уравнением:The internal coordinates of the managed object are measured. Using the receiver of signals of satellite navigation systems installed on it, its external coordinates and their derivatives are determined. A vector F and a matrix B of non-linear transformation of internal coordinates are formed. A vector M of external speeds is formed. A matrix is formed - the derivative R of the column vector of external velocities with respect to the row vector of internal coordinates. A matrix is formed - the derivative L of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates. Matrices N 1j , N 2j , N 3j are formed of quadratic forms and linear forms of external coordinates, where j = one, n ¯
Figure 00000001
, and n is the number of measured internal coordinates of the managed object. The first A and second C are formed by diagonal matrices of constant coefficients of dimension n × n. The first matrix coefficient is formed E ^ one
Figure 00000002
according to the equation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Di=2YT·N1i+N2i - первая вспомогательная матрица;where D i = 2Y T · N 1i + N 2i is the first auxiliary matrix;

Y - вектор измеряемых внешних координат размерностью 6≥m≥n;Y is the vector of measured external coordinates of dimension 6≥m≥n;

Е - единичная матрица размерностью m×m;E is the identity matrix of dimension m × m;

Y ˙ *

Figure 00000004
- производная вектора Y для тех значений, которые являются координатами центра тяжести объекта управления; Y ˙ *
Figure 00000004
- the derivative of the vector Y for those values that are the coordinates of the center of gravity of the control object;

Т - символ операции транспонирования,T is the symbol of the transpose operation,

i = 1,  n-1 ¯

Figure 00000005
. i = one, n-1 ¯
Figure 00000005
.

Формируют второй матричный коэффициент E ^ 2

Figure 00000006
в соответствии с уравнением:Form a second matrix coefficient E ^ 2
Figure 00000006
according to the equation:

Figure 00000007
Figure 00000007

где Dj - вторая вспомогательная матрица,where D j is the second auxiliary matrix,

01 - вектор нулевых элементов размерностью n.0 1 is the vector of zero elements of dimension n.

Формируют третий матричный коэффициент E ^ 3

Figure 00000008
в соответствии с уравнением:The third matrix coefficient is formed E ^ 3
Figure 00000008
according to the equation:

Figure 00000009
Figure 00000009

где Vk - заданная траекторная (контурная) скорость.where V k is the given trajectory (contour) speed.

Формируют вектор управления U в соответствии с уравнением:The control vector U is formed in accordance with the equation:

Figure 00000010
Figure 00000010

Все перечисленные признаки (действия) прототипа совпадают с существенными признаками заявляемого способа.All of the listed signs (actions) of the prototype coincide with the essential features of the proposed method.

Причиной, препятствующей достижению в способе-прототипе технического результата, обеспечиваемого заявляемым способом, является ограниченность области применения способа. Дело в том, что определение внешних координат управляемого объекта осуществляется с помощью приемника сигналов спутниковых навигационных систем. Однако, поскольку приемник установлен на управляемом объекте, то в случае, если таковым является подводный аппарат, находящийся в подводном положении, то прием таких сигналов невозможен.The reason that prevents the achievement in the prototype method of a technical result provided by the claimed method is the limited scope of the method. The fact is that the determination of the external coordinates of the controlled object is carried out using a signal receiver of satellite navigation systems. However, since the receiver is installed on a managed object, then if this is an underwater vehicle in an underwater position, then the reception of such signals is impossible.

В то же время зачастую возникает необходимость управления подводным аппаратом, и прототип эту задачу выполнить не может.At the same time, it often becomes necessary to control the underwater vehicle, and the prototype cannot fulfill this task.

Технической задачей, на решение которой направлено создание изобретения, является расширение области применения способа на управление подводными объектами.The technical problem to which the creation of the invention is directed is to expand the scope of the method for controlling underwater objects.

Технический результат достигается тем, что в известном способе управления подвижным объектом, реализованном в устройстве, защищенном патентом РФ №2393522, при управлении подводным аппаратом вблизи объекта управления на водной поверхности располагают судовой пункт управления, оснащенный приемником сигналов спутниковых навигационных систем, гидролокатором и системой подводной радиосвязи с управляемым объектом, с помощью приемника сигналов спутниковых навигационных систем определяют внешние координаты судового пункта управления, с помощью гидролокатора определяют дальность до объекта управления и угол его визирования, по этим дальности и углу визирования определяют внешние координаты объекта управления и с помощью системы подводной связи передают на него полученные координаты.The technical result is achieved by the fact that in the known method of controlling a moving object, implemented in a device protected by RF patent No. 2393522, when controlling an underwater vehicle near the control object, a ship control station equipped with a satellite signal receiver, sonar and underwater radio communication system is located on the water surface with a controlled object, using the signal receiver of satellite navigation systems determine the external coordinates of the ship's control point, using the sonar determines the distance to the control object and the angle of its sight, according to this range and the angle of sight, determine the external coordinates of the control object and use the underwater communication system to transmit the received coordinates to it.

Для достижения указанного технического результата в известном способе управления подвижным объектом, основанном на измерении внутренних координат управляемого объекта, измерении его внешних координат и их производных, формировании вектора F и матрицы В нелинейного преобразования внутренних координат, формировании вектора М внешних скоростей, формировании матрицы - производной R вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, формировании матрицы - производной L вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, формировании матриц N1j, N2j, N3j квадратичных форм от внешних координат, где j = 1,   n ¯

Figure 00000001
, а n - число измеряемых внутренних координат, формировании первой А и второй С диагональных матриц постоянных коэффициентов размерностью n×n, формировании первого матричного коэффициента E ^ 1
Figure 00000002
в соответствии с уравнением:To achieve the specified technical result in a known method for controlling a moving object, based on measuring the internal coordinates of a controlled object, measuring its external coordinates and their derivatives, forming a vector F and a matrix В of non-linear transformation of internal coordinates, forming a vector M of external speeds, forming a matrix - derivative R column vector of external velocities in a row vector of internal coordinates, matrix formation - derivative L of a column vector of external velocities in row vectors e external coordinates, the formation of matrices N 1j , N 2j , N 3j quadratic forms from external coordinates, where j = one, n ¯
Figure 00000001
, and n is the number of measured internal coordinates, the formation of the first A and second C diagonal matrices of constant coefficients of dimension n × n, the formation of the first matrix coefficient E ^ one
Figure 00000002
according to the equation:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Di=2YT·N1i+N2i - первая вспомогательная матрица;where D i = 2Y T · N 1i + N 2i is the first auxiliary matrix;

Y - вектор измеряемых внешних координат, размерностью m≥n;Y is the vector of measured external coordinates, dimension m≥n;

Е - единичная матрица размерностью m×m;E is the identity matrix of dimension m × m;

Y ˙ *

Figure 00000004
- производная вектора Y для тех значений, которые являются координатами центра тяжести объекта управления; Y ˙ *
Figure 00000004
- the derivative of the vector Y for those values that are the coordinates of the center of gravity of the control object;

Т - символ операции транспонирования,T is the symbol of the transpose operation,

i = 1,  n-1 ¯

Figure 00000005
, i = one, n-1 ¯
Figure 00000005
,

формировании второго матричного коэффициента E ^ 2

Figure 00000006
в соответствии с уравнением:the formation of the second matrix coefficient E ^ 2
Figure 00000006
according to the equation:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Dj - вторая вспомогательная матрица;where D j is the second auxiliary matrix;

01 - вектор нулевых элементов размерностью n,0 1 is the vector of zero elements of dimension n,

формировании третьего матричного коэффициента E ^ 3

Figure 00000008
в соответствии с уравнением:the formation of the third matrix coefficient E ^ 3
Figure 00000008
according to the equation:

Figure 00000009
Figure 00000009

где Vk - заданная траекторная (контурная) скорость,where V k - a given trajectory (contour) speed,

и формировании сигнала управления U в соответствии с уравнением:and generating a control signal U in accordance with the equation:

U=-[K1·R·B]-1·[K1·R·F+[K2+K1·L]·M+K3],U = - [K 1 · R · B] -1 · [K 1 · R · F + [K 2 + K 1 · L] · M + K 3 ],

при этом в случае управления подводным аппаратом вблизи объекта управления на водной поверхности располагают судовой пункт управления, оснащенный приемником сигналов спутниковых навигационных систем, гидролокатором и системой подводной радиосвязи с управляемым объектом, с помощью приемника сигналов спутниковых навигационных систем определяют внешние координаты судового пункта управления, с помощью гидролокатора определяют дальность до объекта управления и угол его визирования, по этим дальности и углу визирования определяют внешние координаты объекта управления и с помощью системы подводной связи передают на него полученные координаты.in this case, in the case of controlling an underwater vehicle, a ship control center equipped with a satellite navigation system signal receiver, a sonar and an underwater radio communication system with a controlled object is located near the control object on the water surface, the external coordinates of the ship control center are determined using the signal receiver of satellite navigation systems, using sonar determine the distance to the control object and the angle of its sight, these range and the angle of sight determine the external the coordinates of the control object and using the underwater communication system transmit the received coordinates to it.

Исследования заявленного технического решения по патентной и научно-технической литературе показали, что совокупность вновь введенных действий в заявляемом способе не поддается самостоятельной классификации. В то же время она не следует явным образом из уровня техники. Поэтому предлагаемый способ следует считать удовлетворяющим критерию "новизна" и имеющим изобретательский уровень.Studies of the claimed technical solution for patent and scientific and technical literature have shown that the set of newly introduced actions in the claimed method is not amenable to independent classification. At the same time, it does not follow explicitly from the prior art. Therefore, the proposed method should be considered as satisfying the criterion of "novelty" and having an inventive step.

Таким образом, реализация предлагаемого способа управления предусматривает следующие действия над объектом управления и другими материальными объектами.Thus, the implementation of the proposed control method provides for the following actions on the control object and other material objects.

1. Измеряют внутренние координаты Z управляемого объекта.1. Measure the internal coordinates Z of the managed object.

2. Измеряют его внешние координаты Y и их производные Y ˙

Figure 00000013
.2. Measure its external coordinates Y and their derivatives Y ˙
Figure 00000013
.

3. Формируют матрицы N1j, N2j, N3j квадратичных форм, где j = 1,   n ¯

Figure 00000014
, а n - число измеряемых координат.3. Form matrices N 1j , N2 j , N 3j of quadratic forms, where j = one, n ¯
Figure 00000014
, and n is the number of measured coordinates.

4. Формируют первую А и вторую С диагональные матрицы постоянных коэффициентов размерностью n×n.4. Form the first A and second C diagonal matrices of constant coefficients of dimension n × n.

5. Формируют первую и вторую вспомогательные матрицы Dj и Dj в соответствии с уравнениями:5. Form the first and second auxiliary matrices D j and D j in accordance with the equations:

Di=2YT·N1i+N2i D i = 2Y T · N 1i + N 2i

Dj=2YT·N1j+N2j.D j = 2Y T · N 1j + N 2j .

6. Формируют вектор М внешних скоростей, вектор F и матрицу В нелинейного преобразования внутренних координат.6. A vector M of external velocities, a vector F and a matrix B of non-linear transformation of internal coordinates are formed.

7. Формируют матрицу - производную R вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат.7. Form a matrix - the derivative R of the column vector of external velocities with respect to the row vector of internal coordinates.

8. Формируют матрицу - производную L вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат.8. Form a matrix - the derivative L of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates.

9. Формируют первый матричный коэффициент E ^ 1

Figure 00000002
в соответствии с уравнением:9. Form the first matrix coefficient E ^ one
Figure 00000002
according to the equation:

Figure 00000015
Figure 00000015

где Y - вектор измеряемых внешних координат, размерностью m≥n;where Y is the vector of measured external coordinates, dimension m≥n;

Е - единичная матрица размерностью m×m;E is the identity matrix of dimension m × m;

Y ˙ *

Figure 00000004
- производная вектора Y для тех значений, которые являются координатами центра тяжести объекта управления; Y ˙ *
Figure 00000004
- the derivative of the vector Y for those values that are the coordinates of the center of gravity of the control object;

Т - символ операции транспонирования,T is the symbol of the transpose operation,

i = 1,  n-1 ¯

Figure 00000005
. i = one, n-1 ¯
Figure 00000005
.

10. Формируют второй матричный коэффициент E ^ 2

Figure 00000006
в соответствии с уравнением:10. Form a second matrix coefficient E ^ 2
Figure 00000006
according to the equation:

Figure 00000016
Figure 00000016

где 01 - вектор нулевых элементов размерностью n.where 0 1 is the vector of zero elements of dimension n.

11. Формируют третий матричный коэффициент E ^ 3

Figure 00000008
в соответствии с уравнением:11. Form the third matrix coefficient E ^ 3
Figure 00000008
according to the equation:

Figure 00000017
Figure 00000017

где Vk - заданная траекторная (контурная) скорость.where V k is the given trajectory (contour) speed.

12. Формируют вектор управления U в соответствии с уравнением:12. Form the control vector U in accordance with the equation:

U=-[K1·R·B]-1·[K1·R·F+[K2+K1·L]·M+K3].U = - [K 1 · R · B] -1 · [K 1 · R · F + [K 2 + K 1 · L] · M + K 3 ].

Описанный алгоритм (порядок действий над входящими в состав реализуемой предлагаемым способом системы управления материальными объектами), в том числе и сигнал U управления полностью соответствует алгоритму управления, приведенному в материалах XI научно-технической конференции "Экстремальная робототехника". Он соответствует движению мобильного (подвижного) объекта вдоль заданной траектории.The described algorithm (the order of actions on the material objects control system that is part of the proposed method), including the control signal U, is fully consistent with the control algorithm given in the materials of the XI Scientific and Technical Conference "Extreme Robotics". It corresponds to the movement of a mobile (moving) object along a given trajectory.

13. Если объектом управления является подводный аппарат, то его внешние координаты определяют с помощью судового пункта управления, оснащенного приемником сигналов спутниковых навигационных систем, гидролокатором и системой подводной радиосвязи с объектом управления. Судовой пункт управления располагают на водной поверхности вблизи подводного аппарата. С помощью гидролокатора подводный аппарат захватывают на сопровождение, определяют дальность до него и угол его визирования с судового пункта управления, с помощью приемника сигналов спутниковых навигационных систем определяют внешние координаты судового пункта управления. По измеренным дальности и углу визирования эти координаты пересчитывают во внешние координаты подводного аппарата, с помощью системы подводной радиосвязи результаты пересчета передают на подводный аппарат.13. If the control object is an underwater vehicle, then its external coordinates are determined using the ship control center equipped with a receiver of signals from satellite navigation systems, a sonar and an underwater radio communication system with the control object. The ship control station is located on the water surface near the underwater vehicle. Using a sonar, the underwater vehicle is captured for escort, the distance to it and the angle of its sight from the ship's control point are determined, and the external coordinates of the ship's control point are determined using the signal receiver of satellite navigation systems. According to the measured range and angle of sight, these coordinates are converted into the external coordinates of the underwater vehicle, using the underwater radio communication system, the conversion results are transmitted to the underwater vehicle.

Таким образом, в предлагаемом способе имеется возможность определять внешние координаты подводного аппарата в отличие от способа-прототипа, где такая возможность отсутствует.Thus, in the proposed method, it is possible to determine the external coordinates of the underwater vehicle, in contrast to the prototype method, where this is not possible.

Это значительно расширяет область применения предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом.This greatly expands the scope of the proposed method in comparison with the prototype method.

Предлагаемый способ достаточно легко реализуем. В качестве приемника сигналов спутниковых навигационных систем может служить модуль СНС СН-47, представляющий собой 24-канальный навигационный приемник, обеспечивающий прием и обработку сигналов СНС ГЛОНАСС, GPS и SBAS. Гидролокатор и средства подводной радиосвязи достаточно широко описаны в литературе [см., например, Гидроакустическая энциклопедия./Под общей ред. д.т.н. В.И. Тимошенко. - Изд-во Таганрогского государственного радиотехнического университета, 1999. - 788 с.; Роберт Дж. Урик. Основы гидроакустики. - Пер. с англ. Изд-во «Судостроение», Л. - 1978, с.420-433]. В качестве остальных элементов устройства, реализующего предлагаемый способ, могут служить соответствующие элементы устройства управления, описанного в патенте РФ №2393522, реализующего способ-прототип.The proposed method is quite easy to implement. As a receiver of signals from satellite navigation systems, the SNS SN-47 module can be used, which is a 24-channel navigation receiver that provides reception and processing of SNS GLONASS, GPS, and SBAS signals. The sonar and means of underwater radio communications are quite widely described in the literature [see, for example, Hydroacoustic Encyclopedia. / Under the General Ed. Doctor of Technical Sciences IN AND. Tymoshenko. - Publishing House of the Taganrog State Radio Engineering University, 1999. - 788 p .; Robert J. Urik. Basics of sonar. - Per. from English Publishing house "Shipbuilding", L. - 1978, S. 420-433]. As the remaining elements of the device that implements the proposed method, the corresponding elements of the control device described in RF patent No. 2393522 that implements the prototype method can serve.

Claims (1)

Способ управления подвижным объектом, основанный на измерении внутренних координат управляемого объекта, измерении его внешних координат и их производных, формировании вектора F и матрицы В нелинейного преобразования внутренних координат, формировании вектора М внешних скоростей, формировании матрицы - производной R вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, формировании матрицы - производной L вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, формировании матриц N1j, N2j, N3j квадратичных форм от внешних координат, где
Figure 00000018
, а n - число измеряемых внутренних координат, формировании первой А и второй С диагональных матриц постоянных коэффициентов размерностью nxn, формировании первого матричного коэффициента К1 в соответствии с уравнением:
Figure 00000019

где Di=2YT·N1i+N2i - первая вспомогательная матрица;
Y - вектор измеряемых внешних координат размерностью m≥n;
Е - единичная матрица размерностью mxm;
Figure 00000020
- производная вектора Y для тех значений, которые являются координатами центра тяжести объекта управления;
Т - символ операции транспонирования,
Figure 00000021

формировании второго матричного коэффициента К2 в соответствии с уравнением:
Figure 00000022

где Dj=2YT·N1j+N2j - вторая вспомогательная матрица;
01 - вектор нулевых элементов размерностью n,
формировании третьего матричного коэффициента К3 в соответствии с уравнением:
Figure 00000023

где Vk - заданная траекторная (контурная) скорость,
и формировании вектора управления U в соответствии с уравнением:
Figure 00000024

отличающийся тем, что в случае управления подводным аппаратом вблизи объекта управления на водной поверхности располагают судовой пункт управления, оснащенный приемником сигналов спутниковых навигационных систем, гидролокатором и системой подводной радиосвязи с управляемым объектом, с помощью приемника сигналов спутниковых навигационных систем определяют внешние координаты судового пункта управления, с помощью гидролокатора определяют дальность до объекта управления и угол его визирования, по этой дальности и углу визирования определяют внешние координаты объекта управления и с помощью системы подводной связи передают на него полученные координаты.
A method of controlling a moving object, based on measuring the internal coordinates of a controlled object, measuring its external coordinates and their derivatives, forming a vector F and a matrix В of non-linear transformation of internal coordinates, forming a vector M of external speeds, forming a matrix - derivative R of the column vector of external speeds with respect to the vector -line of internal coordinates, matrix formation - derivative L of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates, matrix formation of N 1j , N 2j , N 3j quadratic forms from external coordinates, where
Figure 00000018
, and n is the number of measured internal coordinates, the formation of the first A and second C diagonal matrices of constant coefficients of dimension nxn, the formation of the first matrix coefficient K 1 in accordance with the equation:
Figure 00000019

where D i = 2Y T · N 1i + N 2i is the first auxiliary matrix;
Y is the vector of measured external coordinates of dimension m≥n;
E is the identity matrix of dimension mxm;
Figure 00000020
- the derivative of the vector Y for those values that are the coordinates of the center of gravity of the control object;
T is the symbol of the transpose operation,
Figure 00000021

the formation of the second matrix coefficient K 2 in accordance with the equation:
Figure 00000022

where D j = 2Y T · N 1j + N 2j is the second auxiliary matrix;
0 1 is the vector of zero elements of dimension n,
the formation of the third matrix coefficient K 3 in accordance with the equation:
Figure 00000023

where V k - a given trajectory (contour) speed,
and the formation of the control vector U in accordance with the equation:
Figure 00000024

characterized in that in the case of controlling the underwater vehicle near the control object on the water surface, there is a ship control station equipped with a satellite navigation system signal receiver, a sonar and an underwater radio communication system with a controlled object, using the satellite navigation system signal receiver, the external coordinates of the ship control center are determined, using the sonar determine the distance to the control object and the angle of its sight, this range and the angle of sight op edelyayut external coordinates and the control object via underwater communication systems transmit these coordinates to it.
RU2013155802/08A 2013-12-16 2013-12-16 Method of controlling mobile object RU2582868C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013155802/08A RU2582868C2 (en) 2013-12-16 2013-12-16 Method of controlling mobile object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013155802/08A RU2582868C2 (en) 2013-12-16 2013-12-16 Method of controlling mobile object

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013155802A RU2013155802A (en) 2015-06-27
RU2582868C2 true RU2582868C2 (en) 2016-04-27

Family

ID=53497029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013155802/08A RU2582868C2 (en) 2013-12-16 2013-12-16 Method of controlling mobile object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582868C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112965497A (en) * 2021-02-23 2021-06-15 武汉理工大学 Ship formation control method and device and storage medium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2343502C2 (en) * 2007-02-26 2009-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU2387570C1 (en) * 2008-12-29 2010-04-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) Compact remotely-controlled underwater vehicle
RU133285U1 (en) * 2013-04-05 2013-10-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации SHIP INTEGRATED NAVIGATION AND FISHING COMPLEX

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2343502C2 (en) * 2007-02-26 2009-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU2387570C1 (en) * 2008-12-29 2010-04-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) Compact remotely-controlled underwater vehicle
RU133285U1 (en) * 2013-04-05 2013-10-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации SHIP INTEGRATED NAVIGATION AND FISHING COMPLEX

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013155802A (en) 2015-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yazdani et al. A survey of underwater docking guidance systems
EP2246763A2 (en) System and method for simultaneous localization and map building
Pan et al. Underwater Doppler navigation with self-calibration
Modalavalasa et al. A new method of target tracking by EKF using bearing and elevation measurements for underwater environment
JP6996729B2 (en) Electromagnetic field data acquisition system, flying object, terminal device, and program
Miller et al. Underwater target tracking using bearing-only measurements
RU2619915C1 (en) Method for determining the source of radio emissions coordinate from the aircraft
Pu et al. Fast compressive sensing-based SAR imaging integrated with motion compensation
Batista et al. Tightly coupled long baseline/ultra-short baseline integrated navigation system
Malanowski Algorithm for target tracking using passive radar
RU2582868C2 (en) Method of controlling mobile object
Stateczny et al. Precise bathymetry as a step towards producing bathymetric electronic navigational charts for comparative (terrain reference) navigation
Fagogenis et al. Improving underwater vehicle navigation state estimation using locally weighted projection regression
RU2450308C2 (en) Method of controlling movable object and apparatus for realising said method
Zhang et al. An airborne/missile-borne array radar forward-looking imaging algorithm based on super-resolution method
RU2562614C1 (en) Method of simulating radar targets
Cho et al. Modified gain pseudo-measurement filter design for radar target tracking with range rate measurement
Miller et al. AUV position estimation via acoustic seabed profile measurements
RU2538316C1 (en) Underwater vehicle control system
RU2393522C1 (en) Device of movable object control
RU2531864C1 (en) Moving object control device
CN112782647A (en) Information-combined quadratic equality constraint least square radiation source positioning method
Menon et al. Electro-optical navigation for aircraft
Chen et al. Range-only SLAM for underwater navigation system with uncertain beacons
Wang et al. A novel sins/iusbl integration navigation strategy for underwater vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160512