بررسی اثر دینامیک پیشرانه بر رفتار حلقه باز و حلقه بسته یک ربات زیرآبی کنترل از راه‌ دور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک-کنترل، پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیردریا، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی برق-قدرت، پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیردریا، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در این مقاله، در ابتدا پاسخ دینامیکی یک نوع پیشرانه خاص مورد استفاده در ربات‌های زیرآبی کنترل از راه دور توسط تست‌های عملی و آزمایشگاهی استخراج شده‌است. بر اساس نتایج حاصل از تست‌ها و تحلیل‌های دینامیکی، دینامیک‌های غالب و محدودکننده پیشرانه به دو بخش دینامیک‌های اشباع و ناحیه مرده تقسیم و در هر مورد مدل دینامیکی مربوطه ارائه شده است. در ادامه اثر دینامیک پیشرانه‌ها در رفتار دینامیکی حلقه باز و حلقه بسته یک ربات زیرآبی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بخش، با تعریف سناریو‌‌های مختلف مبتنی بر عملکرد عملیاتی ربات‌، پاسخ دینامیکی ربات با حالت پیشرانه ایده‌آل مقایسه شده‌است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی و تحلیل‌های دینامیکی ارایه شده در این مقاله بیانگر این است که دینامیک اشباع، نیروی تولیدی هر پیشرانه را محدود نموده و به تبع آن سرعت حرکت ربات کاهش یافته و دینامیک رفتار حرکتی ربات کند می‌گردد. همچنین دینامیک ناحیه مرده باعث تاخیر در اجراء فرامین شده و زمان پاسخ دینامیکی ربات افزایش می‌یابد. علاوه بر آن دقت و سرعت کنترل‌کننده‌ها را در فرآیند تثبیت عمق و سمت کاهش می‌دهد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Capocci R., Dooly G., Omerdić E., Coleman J., Newe T., Toal D., Inspection-Class Remotely Operated Vehicles—A Review. Journal of Marine Science and Engineering. Vol. 5, No. 1, pp. 13, 2017.
[2]  Ralph B., Whitcomb L., Grosenbaugh M., An accurate four-quadrant nonlinear dynamical model for marine thrusters: Theory and experimental validation, IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol. 25, No. 1, pp. 146-159, 2000.
[3]  Jinhyun K., Chung W. K., Accurate and practical thruster modeling for underwater vehicles, Journal of Ocean Engineering, Vol. 33, No. 5, pp. 566-586, 2006.
[4]  Jinhyun K., Jonghui H., W., Chung W. K., Accurate thruster modeling with non-parallel ambient flow for underwater vehicles, In International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 978-983, 2005.
[5]  Boehm J., Berkenpas E., Henning B., Rodriguez M., Shepard C.,Turchik A., Characterization, Modeling, and Simulation of an ROV Thruster using a Six Degree-of-Freedom Load Cell, InOCEANS 2018 MTS/IEEE Charleston, 2018.
[6]  Faris Ali A., Rizal Arshad M., Seabotix Thruster Modeling for a Remotely Operated Vehicle (ROV), In10th International Conference on Robotics, Vision, Signal Processing and Power Applications, pp 465-471, 2019.
[7]  Alkan B., Thrust control design for unmanned marine vehicles, MSc Thesis, university of İzmir Institute of Technology, 2012.
[8]  Mokhtar M., et al, Model identification and control analysis for underwater thruster system, Indian Journal of Geo-Marine Sciences, Vol. 42, No. 8, pp. 992-998, 2013.
[9]  Mohd Aras, S. M., et al, Thruster modeling for underwater vehicle using system identification method. International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 10, No. 5, pp. 252, 2013.
[10]             Sangrok J., et al, Empirical modeling of rotating thruster for underwater robotic platform, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 20, No. 1, pp. 118-126, 2015.
[11]             Kashefi M. H., Bolouri F., Bolouri K., Path Planning and Open-loop Control Algorithms for a Differential Thrust Autonomous Underwater Vehicle, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering,Vol. 11, Issue 4, PP 151-158; 2017.
[12]  لوئی‌پور م.، دانش م.، کشمیری م.، مجیری م.، طراحی سیستم کنترل مبتنی بر بازخورد موقعیت و تخمین اختلال در تثبیت موقعیت دینامیکی شناورهای دریایی، مجله مهندسی مکانیک مدرس، د 15، ش 12، ص 221-231، 1395.
[13]  Smallwood D., Whitcomb L., Model-based dynamic positioning of underwater robotic vehicles: theory and experiment, IEEE Journal of Oceanic Engineering Vol. 29, No. 1, pp. 169-186, 2004.
[14]  Hsu L., Costa R., Lizarralde F., Dynamic positioning of remotely operated underwater vehicles. IEEE Robotics & Automation Magazine, Vol. 7, No. 3, pp. 21-31, 2000.
[15]  Yoerger R., Cooke G., Slotine J., The influence of thruster dynamics on underwater vehicle behavior and their incorporation into control system design, IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 167-178, 1990.
[16]  Smallwood D., Whitcomb L., The effect of model accuracy and thruster saturation on tracking performance of model based controllers for underwater robotic vehicles: experimental results. Robotics and Automation, Proceedings. ICRA'02, Vol. 2, pp. 1081-1087, 2002.
[17]  Ropars B., et al. Thruster's dead-zones compensation for the actuation system of an underwater vehicle. Control Conference (ECC), 2015 European, pp. 741-746, 2015.
[18]  Ropars B., et al. , Redundant actuation system of an underwater vehicle, Ocean Engineering, VOL. 151, pp. 276–289, 2018.
[19]  Afshar M., Loueipour M., A Study on Thrusters’ Failure Effects on Open loop and Close loop Behaviors of Remotely Operated Vehicles (ROVs). The 19th marine industries conference (MIC2017);2017
[20]  Fossen T., Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control, pp. 109-134, John Wiley & Sons, 2011
[21]  T.SNAME, Nomenclature for treating the motion of a submerged body through a fluid. The Society of Naval Architects and Marine Engineers, Technical and Research Bulletin, pp.1-5, 1950.
[22]  Maalouf D., Creuze V., A Chemori, IT Tamanaja, Mercado EC,. Real-time experimental comparison of two depth control schemes for underwater vehicles. International Journal of Advanced Robotic Systems. Vol. 12, pp. 13, 2015.
[23]             Abidin A. Z., Mardiyanto R., Purwanto D., Implementation of PID controller for hold altitude control in underwater remotely operated vehicle, Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA), pp. 665-670, 2016.