Способ управления подводным аппаратом



Способ управления подводным аппаратом
Способ управления подводным аппаратом

Владельцы патента RU 2626778:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к способу управления подводным аппаратом. Для управления подводным аппаратом измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, с помощью программного устройства формируют сигналы управления движителями на основании вектора результирующей их тяги, который автоматически формируют с учетом текущих углов крена и дифферента, измеренных с помощью блока гироскопов на борту подводного аппарата, и информации программного устройства, определяющего пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента. Обеспечивается точное перемещение подводного аппарата по заданной траектории с учетом возмущений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области автоматического управления динамическими объектами.

Известен способ управления морским судном, оснащенным установленными на управляемой поворотной платформе движителями, обеспечивающий управление угловыми и линейными перемещениями судна по заданным пространственным траекториям, при этом пространственная ориентация вектора результирующей тяги его движителей, обеспечивающего реальные перемещения морского судна, автоматически формируется поворотной платформой, изменяющей ориентацию осей тяги движителей относительно продольной оси судна, с учетом текущих значений его углов курса, крена и дифферента (US 2007/0078575 А1, G05D 1/100, опубл. 05.04.2007 на 14 с.).

Недостатком указанного способа управления является то, что управление перемещениями судна по пространственным траекториям невозможно без изменения пространственной ориентации судна, при этом схема установки движителей судна должна обеспечивать управление его углами курса, крена и дифферента. Поэтому указанный способ управления не может использоваться для управления пространственными перемещениями подводного аппарата (ПА), схема установки движителей которого не позволяет управлять его углами крена и дифферента. Кроме того, указанный способ управления предполагает управление угловыми перемещениями морского судна для устранения нежелательных (непредсказуемо появляющихся) углов крена и дифферента, поэтому использование этого способа управления для управления линейными пространственными перемещениями ПА, углы крена и дифферента которого возникают под влиянием значительных внешних силовых и моментных воздействий, неэффективно по причине больших затрат энергии на устранение нежелательных углов крена и дифферента, что особенно актуально для автономных ПА. При этом указанный способ управления нельзя использовать для управления ПА, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси ПА.

Известен также способ управления ПА, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси ПА, обеспечивающие его перемещение по произвольным пространственным траекториям, которые управляются сигналами, формируемыми программным устройством [Филаретов В.Ф., Алексеев Ю.К., Лебедев А.В. Системы управления подводными роботами. - М.: Круглый год, 2001, с.171-179; 223-227].

Данный способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению. Однако его нельзя использовать для обеспечения точного перемещения ПА по планируемым траекториям, если под воздействием захваченных грузов, подводного кабеля, которым он крепится к судну – носителю, или при наличии иных возмущающих факторов у этого ПА появляется неконтролируемый дифферент или крен, не учитываемый его системам управления (СУ).

Задачей изобретения является обеспечение точного перемещения ПА по предписанным пространственным траекториям даже в том случае, если он постоянно имеет и сохраняет заранее неизвестные ненулевые углы крена и дифферента.

Технический результат изобретения заключается в формировании с помощью имеющихся у ПА движителей такого результирующего вектора и момента тяги, которые обеспечивают его точное перемещение в пространстве по заданным траекториям даже с полученным непланируемым дифферентом и креном. При этом сигналы управления соответствующими движителями ПА формируются на основе информации о его текущей нештатной пространственной ориентации.

Поставленная задача решается тем, что способ управления подводным аппаратом, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси аппарата, обеспечивающие его перемещение по произвольным пространственным траекториям, которые управляются сигналами, формируемыми программным устройством, отличается тем, что измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, при этом вектор результирующей тяги его движителей, обеспечивающий реальные линейные перемещения по произвольным пространственным траекториям подводного аппарата, корпус которого сохраняет в процессе этих перемещений произвольные неуправляемые углы крена и дифферента, автоматически формируют с учетом текущих значений его углов крена и дифферента, при этом используют информацию программного устройства, определяющую пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента, причем сигналы управления конкретными движителями подводного аппарата формируют с использованием информации о векторе результирующей тяги. Кроме того, для измерения текущих значений углов крена и дифферента подводного аппарата используют блок гироскопов, которые устанавливают на борту подводного аппарата.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого способа с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии этого способа критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата» позволяет получить информацию о реальном отклонении этого аппарата от исходного (предписанного ему) положения.

Признаки «…вектор результирующей тяги его движителей, обеспечивающий реальные линейные перемещения по произвольным пространственным траекториям подводного аппарата, корпус которого сохраняет в процессе этих перемещений произвольные неуправляемые углы крена и дифферента, автоматически формируют с учетом текущих значений его углов крена и дифферента, при этом используют информацию программного устройства, определяющую пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента, причем сигналы управления конкретными движителями подводного аппарата формируют с использованием информации о векторе результирующей тяги…» обеспечивают требуемое перемещение ПА в пространстве по предписанным траекториям.

Признаки дополнительного пункта формулы изобретения обеспечивают решение задачи определения текущих значений углов крена и дифферента подводного аппарата от его исходного положения под влиянием внешних воздействий.

Заявленный способ осуществляется с помощью устройства, которое иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематически показан ПА, имеющий не предусмотренные программой его движения углы крена и дифферента, а на фиг.2 – схема каналов управления движителями ПА.

На чертежах показаны 1 – ПА, оснащенный движителями и имеющий угловые смещения по крену и дифференту; 2 – программное устройство; 3 – блок коррекции результирующего вектора тяги, обеспечивающего перемещение ПА по заданной траектории с непредсказуемо появляющимися дифферентом и креном; 4 – блок гироскопов, измеряющий углы γ и α ПА (γ и α – соответственно, углы крена и дифферента); 5 – блок формирования сигналов управления движителями ПА; С – центр масс ПА; X, Y и Z – оси правой прямоугольной системы координат (СК) XYZ, начало которой совпадает с точкой С, а ось Z всегда направлена вертикально вверх; X*, Y* и Z* – оси правой прямоугольной СК X*Y*Z*, связанной с точкой С, причем ось Y* совпадает с продольной осью ПА, а ось Y является проекцией оси Y* на горизонтальную плоскость; , и – элементы вектора тяги , задаваемого программным устройством 2 в СК X*Y*Z*; , и – элементы скорректированного вектора тяги , который, определяя тягу каждого из шести движителей ПА в СК XYZ, обеспечивает правильное перемещение этого аппарата по предписанной пространственной траектории; U1 - Un – сигналы управления соответствующими движителем ПА; n – число движителей ПА.

В штатном режиме управления за счет своей остойчивости при перемещении по любым пространственным траекториям ПА 1 не имеет крен и дифферент, отличные от нуля. В этом случае формируемый с помощью программного устройства 2 вектор тяги , совпадая с вектором тяги , обеспечивает перемещение ПА 1 по предписанной ему пространственной траектории. Но, если под влиянием каких-либо внешних факторов у этого ПА 1 появляются крен и (или) дифферент с ненулевыми значениями, то точно управлять этим аппаратом по предписанной траектории с помощью программного устройства 2 уже не удастся, поскольку вектор тяги , формируемый этим устройством, будет задаваться уже в СК X*Y*Z*, а не в СК XYZ, относительно которой программное устройство 2 формирует предписанную траекторию дальнейшего движения ПА 1. Это приводит к сходу ПА 1 с этой предписанной ему траектории движения.

В результате возникает необходимость учета реальной нештатной пространственной ориентации ПА 1 с целью корректировки вектора за счет формирования дополнительных сигналов управления всеми его движителями для обеспечения правильного перемещения ПА 1 по предписанной пространственной траектории.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Программное устройство 2 задает вектор тяги , который определяет предписанное движение ПА 1 в пространстве при нулевых углах дифферента и крена. Однако под влиянием внешних моментных воздействий ПА 1 вместе со связанной с ним СК X*Y*Z* изменяет свою штатную ориентацию. В результате вектор уже не будет обеспечивать перемещение ПА 1 по требуемой пространственной траектории и потребуется автоматическая коррекция этого вектора на основе информации о ненулевых углах крена и дифферента ПА, получаемой от блока 4 гироскопов.

Указанная коррекция осуществляется в блоке 3 коррекции результирующего вектора тяги, обеспечивающем перевод вектора тяги из СК X*Y*Z* в СК XYZ с учетом реальных (ненулевых) значений углов крена γ и дифферента α ПА 1, измеряемых блоком 4 гироскопов. В результате формируется новый вектор , который и определяет тягу каждого движителя ПА 1 в СК XYZ и соответствующие сигналы U1 - Un управления этими движителями для обеспечения правильного перемещение этого аппарата по предписанной пространственной траектории.

Очевидно, что реализация предложенного способа управления ПА 1 не вызывает принципиальных затруднений, поскольку в качестве программного устройства 2, блока 3 коррекции результирующего вектора тяги, блока 4 гироскопов и блока 5 формирования сигналов управления движителями ПА 1 используются известные типовые устройства, чьи технические и эксплуатационные характеристики соответствуют параметрам работы ПА 1.

1. Способ управления подводным аппаратом, который имеет жестко закрепленные на его корпусе движители, не изменяющие ориентацию своих осей тяги относительно продольной оси подводного аппарата, при котором измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, с помощью программного устройства формируют сигналы управления движителями на основании вектора результирующей их тяги, который автоматически формируют с учетом текущих углов крена и дифферента и информации программного устройства, определяющего пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для измерения текущих значений углов крена и дифферента подводного аппарата используют блок гироскопов, которые устанавливают на борту подводного аппарата.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству оценки позиции и угла пространственной ориентации транспортного средства. Устройство задает текущий диапазон распределения частиц как предварительно определенный диапазон с помощью фильтра.

Изобретение относится к идентификации воздушного судна и отображения типа и модели воздушного судна при парковке у выхода для пассажиров или на месте стоянки для возможного присоединения пассажирского трапа или загрузочного трапа к двери воздушного судна.

Изобретения относятся к области авиации, к способу посадки беспилотного летательного аппарата (БЛА) на наземное подвижное средство посадки. Наземное подвижное средство посадки беспилотного летательного аппарата содержит автомобиль с установленным на нем причальным устройством.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к системам для автоматического вождения сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов.

Группа изобретений относится к системам автопилота (варианты) и автопилоту для использования с вертолетом. Система автопилота для управления полетом вертолета содержит ручку циклического управления, процессорное устройство, приводное устройство, устройство ввода данных на ручке циклического управления.

Изобретение относится к способу осуществления маневра заданной конфигурации беспилотного летательного аппарата (БЛА) планирующего типа. Для осуществления маневра исходную краевую задачу наведения разбивают на множество промежуточных краевых задач, при решении которых требуемые значения управляющих параметров по аэродинамическому крену и углу атаки, вычисленные для каждой опорной точки в каждом цикле наведения, оказываются малыми во все время наведения, формируют управляющие воздействия на аэродинамические органы управления БЛА.

Группа изобретений относится к системе управления предупреждениями и процедурами для летательного аппарата, способам параметризации, разработки и технического обслуживания системы управления предупреждениями и процедурами.

Группа изобретений относится к управлению устройствами. Способ для управления интеллектуальным жилищным устройством заключается в том, что получают информацию о посетителях в пределах диапазона и определяют количество посе6тителей согласно полученной информации.

Предложена система управления навигацией транспортного средства. Система управления навигацией транспортного средства содержит навигационную систему и транспортное средство с модулем управления транспортным средством (VCM), модулем управления навигацией (NCM) и интерфейсом средств управления навигацией.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при организации безопасного и удобного способа складирования в автоматизированных системах обработки и хранения грузов (AS/RS) путем решения задачи локализации складских грузовых платформ в режиме реального времени внутри складских сооружений.

Комбинированная адаптивная система управления с фильтр-корректором (ФК) для динамических объектов с периодическими коэффициентами содержит объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, ФК, n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки, третий блок суммирования, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в чистых помещениях для поддержания постоянной оптимальной температуры. В способе автоматического управления системами выходную переменную исполнительного механизма подают на вход управляемого объекта, измеряют фактическую величину выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с командной величиной входной переменной управляемого объекта используют для формирования управляющего сигнала, который подают на вход исполнительного механизма за счет использования отрицательной обратной связи по выходной переменной управляемого объекта.

Изобретение относится к средствам обработки информации для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов. Технический результат заключается в повышении точности прогноза на динамических режимах.

Изобретение относится к средствам обработки информации для сглаживания и прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов. Технический результат заключается в удвоении времени прогноза при заданном аналитическом буфере (памяти) предыстории процесса.

Изобретение относится к системам управления. Способ формирования сигнала управления для сопровождения цели заключается в том, что сигнал управления формируется по закону на основе динамических матриц внутренних связей систем, обобщенного вектора состояния системы и вектора сигналов управления.

Самонастраивающаяся система автоматического управления содержит измеритель рассогласования, регулятор, первый и третий блоки умножения, первый и второй сумматоры, объект управления, блок самонастройки, корректирующий фильтр, блок компенсации, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к летной эксплуатации воздушных судов (ВС) и может быть использовано при разработке автоматизированных систем управления. Способ распределения функций управления ВС заключается в том, что формируют исходные данные, поступают сигналы о состоянии бортовых систем, поступившие сигналы сравнивают с допустимыми значениями.

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования экологической безопасности и может быть использовано при авариях на судах с атомной энергитической установкой.

Изобретение может быть использовано для непрерывного контроля, оценки и прогнозирования состояния неопределенности взаимодействия судна с внешней средой. Техническим результатом является повышение степени надежности функционирования бортовых систем для обеспечения безопасности мореплавания судов при возникновении экстремальных ситуаций.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к системе почвообрабатывающе-посевного орудия и способу ее управления. Орудие содержит высевающую секцию, датчик, выполненный с возможностью выдачи сигнала, указывающего на почву, смещенную высевающей секцией, и контроллер орудия, соединенный с возможностью сообщения с датчиком.

Изобретение относится к области судостроения и касается эксплуатации батискафа в ледовых условиях. Предложен способ разрушения ледяного покрова для всплытия батискафа, в котором производят всплытие батискафа до упора рубки в лед, выдвигают из корпуса штанги с электродами до упора их в лед, заполняют штанги забортной водой и нагревают их электронагревательными элементами, расположенными внутри полой боковой стенки штанги, после растопления в толще льда щелей на расчетную глубину заряжают емкостной накопитель, установленный внутри корпуса батискафа, а затем разряжают емкостной накопитель, инициируя электрический разряд в искровом промежутке между внутренней поверхностью торцевой части штанги и концом электрода, после чего возвращают штанги с электродами в исходное положение, увеличивают положительную плавучесть до расчетной величины, взламывая корпусом батискафа ослабленный ледяной покров, и выводят рубку батискафа в надводное положение.

Изобретение относится к способу управления подводным аппаратом. Для управления подводным аппаратом измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, с помощью программного устройства формируют сигналы управления движителями на основании вектора результирующей их тяги, который автоматически формируют с учетом текущих углов крена и дифферента, измеренных с помощью блока гироскопов на борту подводного аппарата, и информации программного устройства, определяющего пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента. Обеспечивается точное перемещение подводного аппарата по заданной траектории с учетом возмущений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх