Approach to Reconfiguration of Motion Control System of Autonomous Underwater Vehicle

The article considers a problem of motion control system reconfiguration for an autonomous underwater vehicle (AUV) in the event of a failure of its controls and actuators providing the vehicle propulsion and maneuvering. The features of heterogeneous actuators based on different physical principles are analyzed. A nonlinear mathematical model of the vehicle motion is formed taking into account the peculiarity of the marine environment associated with increased viscosity. Nonlinearity does not allow us to solve the problem of reconfiguration using traditional approaches applied to the aircraft. The approach is proposed for reconfiguration of the AUV motion control system, consisting in a preliminary analysis of the conditions for using heterogeneous actuators depending on the vehicle speed and maneuver. The choice of alternative functional actuators is based on the necessity to maximize the degree of compensation of forces and moments generated by the failed device or its drive. The results of AUV motion control system reconfiguration are obtained for the case of a failure of the drive which controls the bow horizontal rudders, when performing the deepening maneuver at the acceleration area of the trajectory. Vertical thrusters are considered as backup devices, their parameters are determined, which compensate the forces and moments of failed jammed bow horizontal rudders. By way of mathematical simulation of the AUV deepening maneuver we obtained the comparative quantitative estimates of AUV motion control system reconfiguration results. Further research is concerned with the application of the proposed approach for other systems of unmanned underwater vehicles. 

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.