RU2626778C1 - Способ управления подводным аппаратом - Google Patents
Способ управления подводным аппаратом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626778C1 RU2626778C1 RU2016121926A RU2016121926A RU2626778C1 RU 2626778 C1 RU2626778 C1 RU 2626778C1 RU 2016121926 A RU2016121926 A RU 2016121926A RU 2016121926 A RU2016121926 A RU 2016121926A RU 2626778 C1 RU2626778 C1 RU 2626778C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- trim
- underwater vehicle
- angles
- account
- submersible vehicle
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/26—Trimming equipment
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу управления подводным аппаратом. Для управления подводным аппаратом измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, с помощью программного устройства формируют сигналы управления движителями на основании вектора результирующей их тяги, который автоматически формируют с учетом текущих углов крена и дифферента, измеренных с помощью блока гироскопов на борту подводного аппарата, и информации программного устройства, определяющего пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента. Обеспечивается точное перемещение подводного аппарата по заданной траектории с учетом возмущений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области автоматического управления динамическими объектами.
Известен способ управления морским судном, оснащенным установленными на управляемой поворотной платформе движителями, обеспечивающий управление угловыми и линейными перемещениями судна по заданным пространственным траекториям, при этом пространственная ориентация вектора результирующей тяги его движителей, обеспечивающего реальные перемещения морского судна, автоматически формируется поворотной платформой, изменяющей ориентацию осей тяги движителей относительно продольной оси судна, с учетом текущих значений его углов курса, крена и дифферента (US 2007/0078575 А1, G05D 1/100, опубл. 05.04.2007 на 14 с.).
Недостатком указанного способа управления является то, что управление перемещениями судна по пространственным траекториям невозможно без изменения пространственной ориентации судна, при этом схема установки движителей судна должна обеспечивать управление его углами курса, крена и дифферента. Поэтому указанный способ управления не может использоваться для управления пространственными перемещениями подводного аппарата (ПА), схема установки движителей которого не позволяет управлять его углами крена и дифферента. Кроме того, указанный способ управления предполагает управление угловыми перемещениями морского судна для устранения нежелательных (непредсказуемо появляющихся) углов крена и дифферента, поэтому использование этого способа управления для управления линейными пространственными перемещениями ПА, углы крена и дифферента которого возникают под влиянием значительных внешних силовых и моментных воздействий, неэффективно по причине больших затрат энергии на устранение нежелательных углов крена и дифферента, что особенно актуально для автономных ПА. При этом указанный способ управления нельзя использовать для управления ПА, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси ПА.
Известен также способ управления ПА, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси ПА, обеспечивающие его перемещение по произвольным пространственным траекториям, которые управляются сигналами, формируемыми программным устройством [Филаретов В.Ф., Алексеев Ю.К., Лебедев А.В. Системы управления подводными роботами. - М.: Круглый год, 2001, с.171-179; 223-227].
Данный способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению. Однако его нельзя использовать для обеспечения точного перемещения ПА по планируемым траекториям, если под воздействием захваченных грузов, подводного кабеля, которым он крепится к судну – носителю, или при наличии иных возмущающих факторов у этого ПА появляется неконтролируемый дифферент или крен, не учитываемый его системам управления (СУ).
Задачей изобретения является обеспечение точного перемещения ПА по предписанным пространственным траекториям даже в том случае, если он постоянно имеет и сохраняет заранее неизвестные ненулевые углы крена и дифферента.
Технический результат изобретения заключается в формировании с помощью имеющихся у ПА движителей такого результирующего вектора и момента тяги, которые обеспечивают его точное перемещение в пространстве по заданным траекториям даже с полученным непланируемым дифферентом и креном. При этом сигналы управления соответствующими движителями ПА формируются на основе информации о его текущей нештатной пространственной ориентации.
Поставленная задача решается тем, что способ управления подводным аппаратом, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси аппарата, обеспечивающие его перемещение по произвольным пространственным траекториям, которые управляются сигналами, формируемыми программным устройством, отличается тем, что измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, при этом вектор результирующей тяги его движителей, обеспечивающий реальные линейные перемещения по произвольным пространственным траекториям подводного аппарата, корпус которого сохраняет в процессе этих перемещений произвольные неуправляемые углы крена и дифферента, автоматически формируют с учетом текущих значений его углов крена и дифферента, при этом используют информацию программного устройства, определяющую пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента, причем сигналы управления конкретными движителями подводного аппарата формируют с использованием информации о векторе результирующей тяги. Кроме того, для измерения текущих значений углов крена и дифферента подводного аппарата используют блок гироскопов, которые устанавливают на борту подводного аппарата.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого способа с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии этого способа критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата» позволяет получить информацию о реальном отклонении этого аппарата от исходного (предписанного ему) положения.
Признаки «…вектор результирующей тяги его движителей, обеспечивающий реальные линейные перемещения по произвольным пространственным траекториям подводного аппарата, корпус которого сохраняет в процессе этих перемещений произвольные неуправляемые углы крена и дифферента, автоматически формируют с учетом текущих значений его углов крена и дифферента, при этом используют информацию программного устройства, определяющую пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента, причем сигналы управления конкретными движителями подводного аппарата формируют с использованием информации о векторе результирующей тяги…» обеспечивают требуемое перемещение ПА в пространстве по предписанным траекториям.
Признаки дополнительного пункта формулы изобретения обеспечивают решение задачи определения текущих значений углов крена и дифферента подводного аппарата от его исходного положения под влиянием внешних воздействий.
Заявленный способ осуществляется с помощью устройства, которое иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематически показан ПА, имеющий не предусмотренные программой его движения углы крена и дифферента, а на фиг.2 – схема каналов управления движителями ПА.
На чертежах показаны 1 – ПА, оснащенный движителями и имеющий угловые смещения по крену и дифференту; 2 – программное устройство; 3 – блок коррекции результирующего вектора тяги, обеспечивающего перемещение ПА по заданной траектории с непредсказуемо появляющимися дифферентом и креном; 4 – блок гироскопов, измеряющий углы γ и α ПА (γ и α – соответственно, углы крена и дифферента); 5 – блок формирования сигналов управления движителями ПА; С – центр масс ПА; X, Y и Z – оси правой прямоугольной системы координат (СК) XYZ, начало которой совпадает с точкой С, а ось Z всегда направлена вертикально вверх; X*, Y* и Z* – оси правой прямоугольной СК X*Y*Z*, связанной с точкой С, причем ось Y* совпадает с продольной осью ПА, а ось Y является проекцией оси Y* на горизонтальную плоскость; , и – элементы вектора тяги , задаваемого программным устройством 2 в СК X*Y*Z*; , и – элементы скорректированного вектора тяги , который, определяя тягу каждого из шести движителей ПА в СК XYZ, обеспечивает правильное перемещение этого аппарата по предписанной пространственной траектории; U1 - Un – сигналы управления соответствующими движителем ПА; n – число движителей ПА.
В штатном режиме управления за счет своей остойчивости при перемещении по любым пространственным траекториям ПА 1 не имеет крен и дифферент, отличные от нуля. В этом случае формируемый с помощью программного устройства 2 вектор тяги , совпадая с вектором тяги , обеспечивает перемещение ПА 1 по предписанной ему пространственной траектории. Но, если под влиянием каких-либо внешних факторов у этого ПА 1 появляются крен и (или) дифферент с ненулевыми значениями, то точно управлять этим аппаратом по предписанной траектории с помощью программного устройства 2 уже не удастся, поскольку вектор тяги , формируемый этим устройством, будет задаваться уже в СК X*Y*Z*, а не в СК XYZ, относительно которой программное устройство 2 формирует предписанную траекторию дальнейшего движения ПА 1. Это приводит к сходу ПА 1 с этой предписанной ему траектории движения.
В результате возникает необходимость учета реальной нештатной пространственной ориентации ПА 1 с целью корректировки вектора за счет формирования дополнительных сигналов управления всеми его движителями для обеспечения правильного перемещения ПА 1 по предписанной пространственной траектории.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Программное устройство 2 задает вектор тяги , который определяет предписанное движение ПА 1 в пространстве при нулевых углах дифферента и крена. Однако под влиянием внешних моментных воздействий ПА 1 вместе со связанной с ним СК X*Y*Z* изменяет свою штатную ориентацию. В результате вектор уже не будет обеспечивать перемещение ПА 1 по требуемой пространственной траектории и потребуется автоматическая коррекция этого вектора на основе информации о ненулевых углах крена и дифферента ПА, получаемой от блока 4 гироскопов.
Указанная коррекция осуществляется в блоке 3 коррекции результирующего вектора тяги, обеспечивающем перевод вектора тяги из СК X*Y*Z* в СК XYZ с учетом реальных (ненулевых) значений углов крена γ и дифферента α ПА 1, измеряемых блоком 4 гироскопов. В результате формируется новый вектор , который и определяет тягу каждого движителя ПА 1 в СК XYZ и соответствующие сигналы U1 - Un управления этими движителями для обеспечения правильного перемещение этого аппарата по предписанной пространственной траектории.
Очевидно, что реализация предложенного способа управления ПА 1 не вызывает принципиальных затруднений, поскольку в качестве программного устройства 2, блока 3 коррекции результирующего вектора тяги, блока 4 гироскопов и блока 5 формирования сигналов управления движителями ПА 1 используются известные типовые устройства, чьи технические и эксплуатационные характеристики соответствуют параметрам работы ПА 1.
Claims (2)
1. Способ управления подводным аппаратом, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси подводного аппарата, при котором измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, с помощью программного устройства формируют сигналы управления движителями на основании вектора результирующей их тяги, который автоматически формируют с учетом текущих углов крена и дифферента и информации программного устройства, определяющего пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для измерения текущих значений углов крена и дифферента подводного аппарата используют блок гироскопов, которые устанавливают на борту подводного аппарата.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121926A RU2626778C1 (ru) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Способ управления подводным аппаратом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121926A RU2626778C1 (ru) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Способ управления подводным аппаратом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2626778C1 true RU2626778C1 (ru) | 2017-08-01 |
Family
ID=59632388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016121926A RU2626778C1 (ru) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Способ управления подводным аппаратом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2626778C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000034837A1 (en) * | 1998-11-19 | 2000-06-15 | Abb Industri As | A method for automatic positioning of a vessel |
WO2009009074A1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Marine Motion Control, Llc | Control system for a vessel with a gyrostabilization system |
RU2475799C2 (ru) * | 2011-05-04 | 2013-02-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Способ управления подводным манипулятором в режиме зависания подводного аппарата |
WO2013178779A1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-05 | Abb Technology Ag | Method and system for determination of a route for a ship |
RU2547039C1 (ru) * | 2014-02-07 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Способ стабилизации подводного аппарата в режиме зависания |
-
2016
- 2016-06-03 RU RU2016121926A patent/RU2626778C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000034837A1 (en) * | 1998-11-19 | 2000-06-15 | Abb Industri As | A method for automatic positioning of a vessel |
WO2009009074A1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Marine Motion Control, Llc | Control system for a vessel with a gyrostabilization system |
RU2475799C2 (ru) * | 2011-05-04 | 2013-02-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Способ управления подводным манипулятором в режиме зависания подводного аппарата |
WO2013178779A1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-05 | Abb Technology Ag | Method and system for determination of a route for a ship |
RU2547039C1 (ru) * | 2014-02-07 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Способ стабилизации подводного аппарата в режиме зависания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6963795B2 (en) | Vehicle position keeping system | |
US8872081B2 (en) | Methods for adjusting a relative navigation system | |
EP1365301A2 (en) | Method and system for maneuvering a movable object | |
EP3543150A1 (en) | Spacecraft and control device | |
US7446291B1 (en) | Augmented proportional navigation guidance law using angular acceleration measurements | |
EP1678460B1 (en) | System and method with adaptive angle-of-attack autopilot | |
US20220001970A1 (en) | Control target generation device and ship-steering control device | |
Figueiredo et al. | Vision-based localization and positioning of an AUV | |
US20090069962A1 (en) | Guidance of marine vessels | |
Kokolakis et al. | Coordinated standoff tracking of a ground moving target and the phase separation problem | |
JP5907535B2 (ja) | 衛星追尾アンテナシステムおよび衛星追尾アンテナ制御方法 | |
RU2626778C1 (ru) | Способ управления подводным аппаратом | |
KR20120067464A (ko) | 관성항법장치를 이용한 짐발의 좌표 지향 장치 및 이를 이용한 좌표 지향 방법 | |
US6651004B1 (en) | Guidance system | |
US8606440B2 (en) | Method for determining correction under steering of a point on a towed object towards a goal position | |
Jordan et al. | Precision maritime localization and landing with real-time kinematic GNSS | |
RU2547039C1 (ru) | Способ стабилизации подводного аппарата в режиме зависания | |
Wynn | Visual servoing for precision shipboard landing of an autonomous multirotor aircraft system | |
WO2004008266A1 (en) | Vehicle position keeping system | |
Probst et al. | LFK-150: Development of a high-accuracy Marine Inertial Reference System | |
KR100465105B1 (ko) | 선박의 편류각을 고려한 자동항로 추적장치 및 그추적방법 | |
Karras et al. | Towards cooperation of underwater vehicles: A leader-follower scheme using vision-based implicit communications | |
Guo et al. | Moored underwater docking system for resident UUVs with acoustic guidance: Design and experiment | |
JP6061348B2 (ja) | 衛星追尾アンテナシステムおよび衛星追尾アンテナ制御方法 | |
JP2019199238A (ja) | 航走制御方法および航走制御装置 |