There is developed a specialized simulating complex for computer-aided study of the efficiency of automatic control systems for the underwater towed system «carrier ship -tether winch -tether -towed underwater vehicle». The complex includes mathematical models of the dynamics of a marine moving object, flexible connection and tether winch. The former is used to simulate the spatial motion dynamics of a towing vessel and a towed underwater vehicle as solid bodies in a water flow. Tether simulation employs a method of simulating a flexible connection with automatic control of the axial motion of its elements, which makes it possible to account for the dynamics of the change in the length of its released part. The model of the tether winch dynamics provides simulation of the tether release and gathering. The simulation complex enables studying the spatial motion of a towed underwater vehicle in the water column in relation to the towing vessel as a control object at the dynamic change of the length of the released part of the tether. Keywords: simulating complex; towed underwater vehicle; towing cable dynamics; spatial motion.Анотація. Розроблено спеціалізований моделюючий комплекс для комп'ютерного дослідження ефективності систем автоматичного керування підводною буксируваною системою у складі «судно-носій -кабельна лебід-ка -кабель-буксир -буксируваний підводний апарат». Моделюючий комплекс дає змогу досліджувати про-сторовий рух у водній товщі буксируваного підводного апарата відносно судна-буксирувальника як об'єкта керування при динамічній зміні довжини випущеної частини кабель-буксира. Ключові слова: моделюючий комплекс; буксируваний підводний апарат; динаміка кабель-буксира; просто-ровий рух.Аннотация. Разработан специализированный моделирующий комплекс для компьютерного исследования эффективности систем автоматического управления подводной буксируемой системой в составе «судно-носитель -кабельная лебедка -кабель-буксир -буксируемый подводный аппарат». Моделирующий ком-плекс позволяет исследовать пространственное движение в водной толще буксируемого подводного аппарата относительно судна-буксировщика как объекта управления при динамическом изменении длины выпущенной части кабель-буксира.

The towed underwater system is one of the fixed assets of the study of water areas. The effectiveness of its application depends on the characteristics laid at the design stage. The main task of the towed underwater vehicle (TUV) is the motion of technological equipment. Therefore, it is important to ensure the specified dynamic properties of the unit and automate the control of its motion. In the paper the typical forms of the unit are analyzed, the features of their control at small depths are set. TUV control is carried out in conditions of uncertainty. Therefore, the design of an automatic control system (ACS) for its motion is proposed to be carried out using the appropriate synthesis method – the method of minimizing local functionals. The control law contains integral components and, under the constraints of control actions, generates the problem of integral saturation. To eliminate the integral saturation in the work, the condition integration method is improved. On its basis, the control law and the structure of the controller of high dynamic accuracy of a second-order nonlinear object are synthesized. It is the basis for the synthesis of ACS controlled degrees of freedom of the underwater vehicle in conditions of uncertainty. Usually TUVs contain two degrees of mobility. Translational motions of the unit are generated by changing its angular orientation. The paper synthesizes TUV controllers of pitch and roll based on the control law of the second order. Each control signal of the unit can affect both the roll and the pitch of the unit, which leads to decrease in the quality of control in general. To coordinate the work of controllers, a method is proposed, which is based on adjusting the initial conditions of the controller with greater error. On its basis, the automatic control system of the rotational motion of the unit is synthesized. It provides high dynamic precision control of two-dimensional rotational motion of the unit in uncertainty and is the basis for the ACS synthesis of its translational motion in space.

Об'єктом дослідження є просторовий рух буксируваного підводного апарата (БПА), який працює у складі буксируваної підводної системи (БПС). Структура БПА не містить рушійних пристроїв, до руху він приводиться судном-буксирувальником через кабель-буксир. Задачею керування БПА є забезпечення бажаної динаміки його поступального переміщення. Ручний режим керування дає змогу виконувати лише короткострокові місії та не виключає виникнення помилок оператора при керуванні. Для виконання довготривалих підводних місій необхідно застосовувати автоматизовані БПА. Для синтезу регуляторів системи автоматичного керування (САК) використовувався метод мінімізації локальних функціоналів. Він дає змогу отримувати закони керування без інформації про структуру та параметри математичної моделі об'єкта керування. Для дослідження синтезованої САК використовувався метод імітаційного моделювання із застосуванням комп'ютерної симуляції. Він дає змогу оцінити якість роботи САК без суттєвих фінансових затрат, необхідних для морського натурного експерименту. Синтезовано САК просторовим рухом БПА, яка забезпечує достатню точність керування вертикальною та боковою координатами БПА в умовах невизначеності. Для її синтезу та роботи не потрібна інформація про структуру та параметри математичної моделі об'єкта керування. Закон керування, на основі якого синтезувались регулятори САК, не містить у своєму складі інформації про похідні керованої величини. Тому контури зворотних зв'язків синтезованої САК мають простішу структуру у порівнянні з САК, синтезованих на основі відомих методів, які використовують координати фазового простору об'єкта. Досліджено динаміку роботи синтезованої САК просторовим рухом БПА при різних швидкостях буксирування. Тривалість перехідних процесів від моменту виходу САК із зони насичення до моменту потрапляння похибки керування в допустимий діапазон та точність керування є цілком задовільними. У порівнянні з відомими САК просторовим рухом підводними апаратами, синтезована САК не потребує математичної моделі об'єкта керування для її синтезу та роботи. Ключові слова: буксируваний підводний апарат, система автоматичного керування, просторовий рух, умови невизначеності.

No abstract