Tasks Statement for Modern Automatic Control Theory of Underwater Complexes With Flexible Tethers

EUREKA: Physics and Engineering

Sokolov²,

Kucenko

2019

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.

Section: Literature Review and Problem Statementmentioning

confidence: 99%

Formulation of Design Tasks of Towed Underwater Vehicles Creation for Shallow Water and Automation of Their Motion Control

EUREKA: Physics and Engineering

Sokolov²,

Kucenko

2019

“…The design feature of the TUV is the absence of propulsive devices, in this regard, they are driven by the tugboat (TB), which moves with speed  v tow through the cabletug (CT) ( Fig. 1) [4,5]. The main task of the TUV control is ensuring the desired dynamics of its translational motion.…”

Section: The Object Of Research and Its Technological Auditmentioning

confidence: 99%

Synthesis of towed underwater vehicle spatial motion automatic control system under uncertainty conditions

Sokolov³

2019

TAPR

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.

“…However, the practical value is assigned to the FT model which obtains the kinematic parameters of its inboard and running ends root p and fast p at the input and the tension forces at the output [1]. It is due to the fact that the mathematical models of MMOs (surface vessels, underwater vehicles, etc.)…”

Section: Synthesis Of the Flexible Tether Model Regulator Using The Imentioning

confidence: 99%

Development of the mathematical modeling method for dynamics of the flexible tether as an element of the underwater complex

2017

EEJET

a result, these equations are strongly coupled, which has to be taken into account when simulating UCFTs. Due to equations nonlinearity usually it is impossible to find an analytical solution of such a complicated problem, hence numerical methods are employed.The motion of MMOs as of solid bodies in the water flow has been well studied [2,3]. The MMO mathematical models include mathematical models of their hulls, hydrodynamic drags, propulsive complexes, bearing surfaces, and other elements. As a rule, it is possible to develop an MMO mathematical model in the form of ordinary differential equations system, despite complex dependencies between parameters of model elements. This allows applying effective methods of numerical solution of differential equations to the MMO simulation.The flexible tether modeling is a more challenging problem, as the FT is an object with distributed parameters which is described by a system of nonlinear differential equations with partial derivatives. Two approaches were evolved for modeling FT dynamics [4]. These are segmental and lumped-mass-spring (LMS) methods. For the former the FT is modeled as a continuous system and resulting partial differential equations are solved numerically by finite difference or any suitable approximation method. In the LMS approach the cable is modeled as mass points joined together by massless elastic elements of finite length, which makes it possible to express the FT model in the form of ordinary differential equations. All the forces along the cable are assumed to be concentrated at the mass points. IntroductionUnderwater complexes with flexible tethers (UCFT) consist of two types of elements: those with lumped and distributed parameters. The former include marine mobile objects (MMO): surface vessels, submarines, remotely operated vehicles (ROV) and others. The latter include flexible tethers (FT): umbilical cables, towing cables, anchor chains, etc. An example of a two-linked UCFT is shown in Fig. 1 [1]. Fig. 1. Two-linked underwater complex with flexible tethersMathematical modeling is one of the main methods of the UCFT studies. In this regard, the UCFT motion simulators should include corresponding MMO and FT mathematical models. It is known that their motion equations are non-linear and their dynamic behaviors are mutually dependent. As APPLIED MECHANICS DEVELOPMENT OF THE MATHEMATICAL MODELING METHOD FOR DYNAMICS OF THE FLEXIBLE TETHER AS AN ELEMENT OF THE UNDERWATER COMPLEX О . B l i n t s o vPhD, Assistant Professor Department of Information Security Lviv Polytechnic National University S. Bandery str., 12, Lviv, Ukraine, 79000 E-mail: energybox@mail.ruРозроблено метод математичного моделю-вання динаміки гнучкого зв'язку (ГЗ) на основі автоматичного контролю осьового руху його еле-ментів. Синтезовано регулятор відстаней між елементами ГЗ як складова математичної моде-лі. Запропоновано спосіб моделювання ГЗ зі змін-ною довжиною. Показано ефективність розробле-ного методу у порівнянні з методом зосереджених мас та еластичних зв'язків при мо...