Подход к реконфигурации системы управления движением автономного необитаемого подводного аппарата

Рассмотрена задача реконфигурации системы управления движением автономного необитаемого подводного аппарата в случае возникновения отказов его органов управления и исполнительных устройств, обеспечивающих движение и маневрирование аппарата. Проанализированы особенности разнородных, работающих на различных физических принципах исполнительных устройств. Сформирована нелинейная математическая модель движения аппарата, учитывающая особенность морской среды, связанную с повышенной вязкостью. Нелинейность не позволяет использовать традиционные подходы к решению задачи реконфигурации, применяемые к летательным аппаратам.
Предложен подход к реконфигурации системы управления движением автономного необитаемого подводного аппарата, который заключается в предварительном анализе условий применения разнородных исполнительных устройств в зависимости от скорости движения аппарата и его маневра. Выбор альтернативных работоспособных исполнительных устройств обусловлен необходимостью обеспечить максимально возможную степень компенсации сил и моментов, создаваемых отказавшим устройством или его приводом.
Получены результаты реконфигурации системы управления движением подводного аппарата в случае отказа привода,
управляющего горизонтальными носовыми рулями при выполнении маневра заглубления на разгонном участке траектории. В качестве дублирующих рассмотрены вертикальные подруливающие устройства, определены их параметры, обеспечивающие компенсацию сил и моментов отказавших заклинивших носовых горизонтальных рулей. Путем математического имитационного моделирования процесса заглубления подводного аппарата получены сравнительные количественные оценки результатов реконфигурации системы управления движением аппарата.
Дальнейшие исследования связаны с применением предложенного подхода для других систем автономных необитаемых подводных аппаратов.

1. Апполонов Е.М., Бачурин А.А., Горохов А.И., Пономарев Л.О. О возможности и необходимости создания сверхбольшого необитаемого подводного аппарата // Сборник материалов XIII Все-

2. российской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления».

3. Ростов-на-Дону – Таганрог, ЮФУ. 2018. С.34–42.

4. Лукомский Ю.А., Пешехонов В.Г., Скороходов Д.А. Навигация и управление движением судов.

5. Элмор, СПб, 2002. 359 с.

6. Ефанов Д.Е. Аналитическое решение задачи сохранения заданных характеристик устойчивости

7. воздушного судна при реконфигурации системы управления. Диссертация. на соиск. уч..ст канд.

8. техн.наук. М. 2017. 139.с.

9. Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Рябченко В.Н., Пролетарский А.В. Аналитический синтез законов

10. управления боковым движением летательного аппарата // Известия ВУЗ. Авиационная техника.

11. № 3. С. 14–20.

12. Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Рябченко В.Н., Ефанов Д.Е. Аналитический синтез законов управ-

13. ления продольным движением летательного аппарата // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.

14. «Приборостроение». 2015. №2. С. 3–14.

15. Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В., Кульчак А.М. Аналитическое решение задачи оптимальной ре-

16. конфигурации системы управления летательного аппарата при отказе нескольких органов управ-

17. ления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 7. С. 59–66.

18. Инсаров В.В., Тихонова С.В., Ефанов Д.Е., Пестов К.А., Халабуда А.А. Интегрированная база

19. данных для решения исследовательских задач тестирования алгоритмов систем технического зрения беспилотных летательных аппаратов // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2016. № 6 (144). С. 27–34.

20. Микрин Е.А., Зубов Н.Е., Рябченко В.Н., Поклад М.Н., Ефанов Д.Е. Аналитический синтез

21. законов управления продольным движением одновинтового вертолета // Автоматика и телемеханика. 1979. № 8. С. 120–128.

22. Кульчак А.М., Косьянчук В.В., Зыбин Е.Ю. Реконфигурация комплексной системы управления

23. воздушного судна при отказах приводов с учетом ограничений на управление // Научный Вестник МГТУ ГА. Т. 21. №6. 2018. С. 65–78

24. Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Аналитический синтез многосвязных отказоустойчивых систем

25. управления с упрощенной схемной реализацией // Известия РАН. Теория и системы управления.

26. № 1. С. 108–117.

27. Shuping Hou, Jian Xu, Zheping Yan, Implementation of Autonomous Reconfigured Control for AUV

28. Based on Fault Detection and Isolation. DOI: 10.1109/ICMA.2007.4303543.

29. Zhu, D., Liu, Q., Yang, Y., An Active Fault-Tolerant Control Method Of Unmanned Underwater

30. Vehicles with Continuous and Uncertain Faults, International Journal of Advanced Robotic Systems,

31. , no.5, pp. 411–418.

32. Yang, Z., Blanke, M., Verhagen, M., Robust control mixer method for reconfigurable control design

33. using model matching, IET Control Theory & Applications, 2007, no. 1, pp. 349–357.

34. Tacconi, G., Tiano, A. Reconfigurable Control of an Autonomous Underwater Vehicle, 2002. DOI:

35. 1109 / UUST.1989.754740

36. Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы: системы и технологии / под общ. ред. М.Д.Агеева. М.: Наука, 2005. 398 с.

37. Пантов Е.Н., Махин Н.Н., Шереметов Б.Б. Основы теории движения подводных аппаратов. Л.:

38. Судостроение, 1973. 209 с.

39. Кормен Т. Лейзерсон Ч., Ривестом Р., Штайн К. Алгоритмы: построение и анализ. Жадные алгоритмы (глава 16). М.: Московский центр непрерывного математического образования, 2001. С. 889–892.

40. Король А. Движение подводной лодки в вертикальной плоскости при перекладке горизонтальных рулей. URL: https://podlodka.info/education/34-the-theory-of-submarine/358-the-movement-of-thesubmarine-in-the-vertical-plane-with-the-relaying-of-hydroplanes.html (дата обращения 17.02.2020).

41. Юдин Ю.И., Юдин А.Ю., Мартюк Г.И. Математическое моделирование работы подруливаю-

42. щего устройств // Вестник МГТУ. 2006. Том 9. №2. C.220–223.

43. Мартынова Л.А. Розенгауз М.Б. К вопросу о надежности автономного необитаемого подводного аппарата с мультиагентной архитектурой системы управления // Информационно-управляющие системы. 2016. №5 (84).С. 25–34.

44. Мартынова Л.А. Метод согласованного поведения излучателя и автономных необитаемых под

45. водных аппаратов для эффективного ведения сейсморазведки // Информационно-управляющие

46. системы. 2017. №1 (86). С. 83–92.

47. Мартынова Л.А. Инструментарий для исследований эффективности ведения сейсморазведки

48. с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов // Информационно-управляющие системы. 2017. №2 (87). С. 77–87.

49. Мартынова Л.А., Розенгауз М.Б. Определение эффективного поведения группы АНПА в сете-

50. центрической системе освещения подводной обстановки // Информационно-управляющие системы. 2017. №3 (88). С. 47–57

51. Мартынова Л.А. Решение задачи подводного наблюдения в условиях применения интеллектуальных помех // Информационно-управляющие системы. №1. 2018. С. 31–41.