Апробация технологии модельно-ориентированного проектирования системы управления движением необитаемого подводного аппарата в условиях внешних возмущающих воздействий

Апробация технологии модельно-ориентированного проектирования системы управления движением необитаемого подводного аппарата в условиях внешних возмущающих воздействий

Половко Сергей Анатольевич
к.т.н., в.н.с., научный руководитель центра, Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), научно-исследовательский центр, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)552-47-64, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Серов Данила Константинович
Аспирант, инженер, ЦНИИ РТК, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр.,
д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Горюнов Владимир Викторович
Заместитель начальника лаборатории, ЦНИИ РТК, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Бондаренко Илья Андреевич
Программист, ЦНИИ РТК, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Пожилов Алексей Алексеевич
Инженер, ЦНИИ РТК, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0009-0005-2458-7533

Индекс УДК: 681.51

EDN: NPTCZZ

Аннотация. Работа посвящена описанию результатов апробации разработанной в ЦНИИ РТК технологии модельно-ориентированного проектирования системы управления движением необитаемого подводного аппарата (НПА) в рамках натурных экспериментов, проводимых в экспериментальном бассейне. В работе выявлены проблемные вопросы проектирования системы управления движением необитаемых подводных аппаратов. Проанализированы существующие подходы к математическому моделированию динамики необитаемого подводного аппарата. Представлен состав специализированной стендовой базы для проведения натурных экспериментов, включающей в себя экспериментальный бассейн, установку для создания течения, а также световой маркер для локализации аппарата с использованием алгоритмов системы технического зрения. Предложены подходы к математическому моделированию динамики необитаемого подводного аппарата в условиях воздействия нестационарных течений в рамках различных моделей НПА. Проведены натурные эксперименты, в ходе которых решена задача позиционирования НПА по показаниям системы технического зрения с целью апробации предложенных подходов к математическому моделированию. Определены ключевые факторы, влияющие на точность позиционирования необитаемого подводного аппарата по показаниям системы технического зрения в условиях наличия течения, а также сформулированы основные достоинства и недостатки предложенных подходов к моделированию.

Ключевые слова: модельно-ориентированное проектирование, МОП, необитаемый подводный аппарат, НПА, численное моделирование, нестационарное течение

Для цитирования: Апробация технологии модельно-ориентированного проектирования системы управления движением необитаемого подводного аппарата в условиях внешних возмущающих воздействий / С.А. Половко [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 13. – № 3. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2025. – С. 205-215. – EDN: NPTCZZ.

Благодарности
Работа выполнена в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России № 075-00553-25-00 от 25.12.2024 «Развитие теории модельно-ориентированного проектирования для задач создания трансформных робототехнических систем с использованием методов вычислительной механики и гидрогазодинамики» (FNRG-2025-0005 1024042600099-7-2.2.2;1.2.1).

Список источников

  1. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение / А.В. Инзариев [и др.]. Владивосток: ФГБУН Институт проблем морских технологий ДВО РАН, 2018. 368 с. EDN: IMBINM.
  2. Min F. Modeling of Autonomous Underwater Vehicles with Multi-Propellers Based on Maximum Likelihood Method / Min F., Pan G., Xu X. // Journal of Marine Science and Engineering, 2020, Vol. 8, № 407. 1-24, DOI: 10.3390/jmse8060407. – Text: electronic.
  3. Thor I. Fossen. Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control // John Wiley & Sons LTD, 2011. 739 p. ISBN 9781119575047. – Text: unmediated.
  4. Wang D. Hyperparameter Optimization for the LSTM Method of AUV Model Identification Based on Q-Learning / Wang D. [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. Mar. Sci. Eng. 2022, 10(8), 1002, DOI: 10.3390/jmse10081002.
  5. Hamid S. Identification-Based Robust Motion Control of an AUV: Optimized by Particle Swarm Optimization Algorithm / Hamid S., Reza H. // Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2016, Vol. 85. 331-352, DOI: 10.1007/s10846-016-0401-9.
  6. Модельно-ориентированное проектирование систем управления движением автономных необитаемых подводных аппаратов / С.А. Половко [и др.] // Системы управления, связи и безопасности, 2024, № 3. С. 53-79. DOI: 10.24412/2410-9916-2024-3-022-048.
  7. Развитие методики проектирования систем управления необитаемых подводных аппаратов с использованием концепции вложенных моделей / А.В. Лопота [и др.] // XIX всерос. науч.-практ. конф. и XV мол. школы-семинара «Перспективные системы и задачи управления»: материалы, 2024, с. 110-117. – Текст: непосредственный.
  8. Математические модели движения и системы технического зрения мобильных робототехнических комплексов / В.П. Носков [и др.]. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, 94 c. ISBN: 978-5-7038-4128-0.
  9. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1975, 413 с.
  10. Горюнов В.В. Технология создания кибернетических моделей для синтеза и отработки регуляторов системы управления движением автономного необитаемого подводного аппарата / В.В. Горюнов, С.А. Половко, Н.А. Щур // Робототехника и техническая кибернетика, 2020. Т. 8. № 4. С. 308-318. DOI: 10.31776/RTCJ.8407. – Текст: электронный.
  11. J. Ferrer-Riquelme. Statistical Control of Measures and Processes // Comprehensive Chemometrics, 2009. Vol. 1. Pp. 97-126. DOI:10.1016/B978-044452701-1.00096-X.
  12. Avriel M. Nonlinear Programming: Analysis and Methods / Eaglewood Cliffs, N.J.: Prentice hall, 1976, 512 p. ISBN-139780136236030. – Text: unmediated.
  13. Серов Д.К. Синтез алгоритмов управления движением необитаемого подводного аппарата в условиях непрогнозируемых течений и прочих возмущающих воздействий // Экстремальная робототехника, 2024. Т. 34. № 1. С. 167-173. EDN: MQSIHC.
  14. Poli R. Analysis of the Publications on the Applications of Particle Swarm Optimisation // Journal of Artificial Evolution and Applications, 2008. 1-10. DOI: 10.1155/2008/685175.

Поступила в редакцию 12.03.2025
Поступила после рецензирования 07.05.2025
Принята к публикации 26.05.2025