Mathematical modeling of autonomous underwater vehicle propulsion and steering complex operation in oblique (beveled) water flow

Abstract

Проводиться дослідження нелінійних гідродинамічних характеристик рушійно-стернового комплексу (РСК), які вливають на точність плоского траєкторного руху автономного ненаселеного підводного апарата (АНПА). При криволінійному русі підводного апарата його РСК працює у косому потоці води, що набігає. Це призводить до зниження сили упору РСК і негативно впливає на керований траєкторний рух підводного апарату. Дослідження було проведено для конкретного типу АНПА для режиму плоского криволінійного руху. У якості методу дослідження було обрано метод математичного моделювання. З цією метою відому математичну модель руху АНПА доповнено системою керування, що імітує траєкторний рух АНПА. Розроблена модель складається з чотирьох основних блоків: удосконаленої моделі АНПА; блоку завдання швидкості руху апарату; блоку керування кутом повороту насадки; блоку, який містить заздалегідь підготовлені траєкторії руху АНПА. Представлено результати дослідження гідродинамічних параметрів АНПА для декількох типових траєкторій його руху. До досліджуваних параметрів належать наступні: необхідний кут повороту насадки; дійсна траєкторія руху апарату; швидкість руху апарату; момент на валу гребного електродвигуна; упор гребного гвинта. В результаті проведених досліджень побудовано діаграму залежності упору гребного гвинта від кута повороту насадки АНПА в діапазоні швидкості від 0,2 м/с до 1 м/с та при повороті насадки в діапазоні до 35°. Сформовано трьохвимірну матрицю, яка описує залежність упору гребного гвинта від кута потоку води, що набігає, та швидкості руху апарату. Отримана залежність може бути використана при синтезі регуляторів систем автоматичного керування плоским маневровим рухом АНПА підвищеної точності Ключові слова: автономний ненаселений підводний апарат, рушійно-стерновий комплекс, математичне моделювання, поворотна насадка

Feasible Control Strategies and Feasible System Response for the Navigation of an Autonomous Ship Robot

“…There exist many works carried out on autonomouis ships. The reader is referred to [1]- [21]. This paper is organized in the following manner: Section 2 is about developing mathematical models which include the kinematic model of the ship and the objective functional cost to minimize.…”