CC BY
72
Рис. 2. Переходный процесс модели сервопривода для различных постоянных времени фильт-
Ра т.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные в ходе эксперимента переходные процессы линеаризованной модели пневматического сервопривода показывают, что МРС-подход к синтезу регуляторов обеспечивает лучшее, по сравнению с ПИД-регулированием, качество управления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Martin Sanchez, Jose Rodellar. Adaptive predictive control: From the concepts to plant optimization Prentice Hall PTR, 1996, 352 p.
2. Norgaard, М., Ravn O., Poulsen N.K. and Hansen L. K. Neural Networks for Modelling and Control
of Dynamic Systems, Springer-Verlag, p. 246, London, 2000. j
- Юрчик Ф.Д., Писаренко A.B.
i ! '
ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВОДНЫМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ
Исследование и освоение ресурсов океана, проведение аварийно-спасательных работ в морских условиях требует создания высокоэффективных подводных робототехнических комплексов (ПРТК), содержащих необитаемые подводные аппараты (НПА), средства их доставки в заданный район, а также - средства управления ими. Выполнение аварийно-спасательных и подводнотехнических работ, как на шельфе, так и на больших глубинах океана, требует высокой точности позиционирования НПА, маневренности и повышенного быстродействия при выполнении операций в опасных для человека средах. Значительное удаление человека-оператора от зоны выполнения работ позволяет обеспечить для него относительную безопасность, однако создает дополнительные трудности при управлении ПРТК. Изменение условий производства работ, вызванное переменным воздействием направления, скорости и силы подводного течения, температуры, давления, прозрачности воды и других параметров среды, требует повышенного внимания человека-оператора, постоянного поиска алгоритма воздействия на движители НПА, манипуляционные и захватные устройства, телевизионную и осветительную аппаратуру, установленную на корпусе аппарата. Дополнительным фактором, осложняющим режим производства аварийно-спасательных работ, является условие их вы-
полнения и контроля в реальном времени. Указанные обстоятельства существенно влияют на выбор структуры ПРТК, а также выбор и использование способов и средств управления им.
Наиболее традиционными решениями в области формирования структуры ПРТК являются следующие три схемы: первая - однозвенная, вторая - двухзвенная распределенная и третья - двухзвенная сосредоточенная. В первой схеме структура комплекса содержит необитаемый подводный аппарат, телеуправляемый по кабелю с обеспечивающего корабля (ОК) [1]. Миниатюрный телеуправляемый подводный аппарат (ТПА) LBV 150 S, разработанный компанией «SeaBotix», США, предназначен для поиска подводных объектов и выполнения осмотровых и обследовательских работ под водой. Благодаря небольшим массогабаритным показателям компонентов ТПА (масса составляет 11 кг; габариты (ДхШхВ) - 53x30x27 см) и размещению их в специальных транспортировочных кейсах «SeaBotix», может быть в кратчайшие сроки доставлен в район выполнения работ. Телеуправляемый подводный аппарат "ГНОМ-стандарт" (масса 3 кг), разработанный Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Россия. ‘THOM-стандарт” - это 4-х моторный аппарат с 2-мя горизонтальными и с 2-мя вертикальными движителями, расположенными вдоль корпуса, что позволяет ему наклоняться вверх-вниз в реяшме реверса вертикальных моторов. Наиболее приспособлен для проведения подводно-осмотровых работ. Несомненным достоинством такой схемы является простота использования, высокое быстродействие при постановке комплекса в аварийном районе. Недостатком подобной схемы является существенное влияние кабеля, ограничивающее радиус действия и подвижность НПА. Способы и средства управления НПА в этом случае будет значительно зависеть от геометрических характеристик и величины плавучести кабеля, глубины и радиуса рабочей зоны НПА. Кроме поперечного смещения кабеля, вызываемого подводными течениями, в этой схеме необходимо учитывать продольное колебание кабеля, обусловленное качкой обеспечивающего корабля.
Частично решить поставленную задачу удается второй схемой формирования структуры ПРТК. При двухзвенной распределенной схеме в структуру комплекса вводят дополнительный коммутационный блок (КБ) с отрицательной плавучестью [2]. Указанная схема предусматривает соединение КБ с одной стороны с помощью несущего трос-кабеля с ОК, с другой - с помощью плавучего кабеля с НПА. Во второй схеме удается уменьшить поперечные и продольные колебания несущего трос-кабеля, влияющие на перемещение НПА. Основным недостатком является сложность управления спускоподъемными работами при постановке ПРТК в аварийном районе. При использовании указанной схемы необходимы средства контроля скоростей перемещения КБ и НПА, а также дистанции между ними. Кроме того, необходимо учитывать натяжение и положение плавучего кабеля относительно несущего трос-кабеля и КБ. Указанное обстоятельство значительно снижает практическую применимость второй схемы на глубинах свыше 300 м.
В третьей схеме формирования структуры ПРТК обеспеченна возможность перехода от двухзвенной распределенной к сосредоточенной двухзвенной схеме на этапе погружения и подъема комплекса, когда преимущественным направлением является вертикальное перемещение [2-4]. Телеуправляемый подводный аппарат (ТПА) легкого рабочего класса Comanche производства Sub-Atlantic (Triton group), Шотландия. Возможна установка на него 2~х манипуляторов, что делает его идеальным для проведения исследований и работ по техническому обслуживанию буровых установок и других гидротехнических сооружений. ТПА COMANCHE имеет полностью электрическую систему из 7 движителей. Управление и техническое обслуживание могут осуществляться командой из 2-х человек. Стандартная рабочая глубина ТПА COMANCHE составляет 2000 м, но возможно изготовление глубоководных модификаций с рабочими глубинами до 6000 м. Малогабаритный телеуправляемый подводный аппарат малого класса МТПА «FALCON», разработанный компанией «Seaeye», Великобритания. Предназначенный для выполнения поисковых и обследовательских работ. МТПА «Falcon» оборудован 4 горизонтальными и 1-м вертикальным движителем. Пульт ручного управления содержит все необходимые элементы для изменения скорости, глубины и курса подводного аппарата и включает джойстик с тремя степенями свободы, ручку управления наклоном видеокамеры, ручку управления мощностью светильников, кнопки включения режимов «автопилот». Для питания системы МТПА «Falcon» достаточно обычной однофазной сети переменного тока 220В. Потребляемая мощность 2,5 кВт. Существует возможность установки широкого спектра дополнительного оборудования.
Режим погружения и подъема ПРТК упрощается, если КБ выполнен виде гаража для размещенного внутри него НПА. В этой схеме обеспечивают защиту и быструю доставку НПА на заданный подводный горизонт. При условии отрицательной плавучести КБ и несущего трос-кабеля, а также свертывании плавучего кабеля и фиксации НПА третья схема на этапе погружения и подъема имеет форму первой схемы. Дополнительным преимуществом указанного решения является простота
управления движением ПРТК и высокая точность при выходе в заданную зону выполнения работ. Наиболее сложным при использовании ПРТК третьей схемы является этап управления горизонтальным движением НПА при выводе его из КБ для проведения подводно-технических работ и соединение с КБ перед подъемом па поверхность [5]. Здесь необходим контроль скорости свертывания плавучего кабеля, скорости движения и положения НПА относительно корпуса КБ. Сложность управления на этом этапе возрастает при условии вертикальных колебаний КБ, вызванных качкой обеспечивающего корабля вертикальным движением несущего трос-кабеля. Амплитуда колебаний КБ может достигать нескольких метров, а скорость - до 2 м/с. Уменьшить амплитуду и скорость колебаний КБ удается с помощью регулирования скорости вращения лебедки спускоподъемного устройства ОК, а обеспечить безаварийное соединение НПА и КБ путем конструктивного исполнения НПА, позволяющего совершать соединение с трос-кабелем.
Таким образом, учитывая особенности управления подводным робототехническим комплексом по структурной схеме 1, 2 или 3 удается повысить качество выполнения аварийно-спасательных и подводно-технических работ, повысить быстродействие и точность остановки комплекса в заданном районе океана.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бочаров Л.Ю. Современные тенденции в развитии миниатюрных подводных аппаратов и роботов
за рубежом // Подводные исследования и робототехника. 2006. №2. с. 36-52 !
2. Устройства и системы управления подводных роботов / В.Ф. Филаретов, А.В. Лебедев, Д.А. Юхимец; (отв. ред. Ю.Н. Кульчин); Ин-т автоматики и процессов управления ДВО РАН. - М.: Наука, 2005.-270 с.
3. http: //www. Sub -Atlantic, со .uk/product s. html
4. http ://www. S eaey e. com/products .html
5. Юрчик Ф.Д., Коваленко А.Ю. Использование технических средств для осмотра водного транспорта // Достижения науки и техники развитию сибирских регионов: материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 24-26 марта 1999 г. - Красноярск, 1999 г., с. 100-101.
Шипитько И.А., Марков Н.А.
ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К СИНТЕЗУ НЕЙРОСЕТЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НЕЖЕСТКОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Проектирование электромеханических юнитов мехатронных систем современных станков и промышленных роботов связано с радом компромиссов, один из которых состоит в увеличении быстродействия за счет снижения общей массы движущихся частей при одновременном обеспечении достаточной жесткости конструкции. При этом математический аппарат САУ юн игом должен учитывать упругие деформации рабочего органа с целью их компенсации и активного гашения колебаний [1].
В данной работе рассматривается один подход к синтезу системы позиционного управления электроприводом механической системы с крутильной нежесткостью (см. Рис.1). В качестве объекта управления рассматривается двухмассовая система, состоящая из двигателя постоянного тока (ДПТ, см. Рис.1) и вращающейся массы, связанных упругим звеном. Особенностью САУ является отказ от классической схемы подчиненного регулирования и применение единого контроллера с обратными связями то току якоря ia, угловой скорости ротора С0Т и угловому положению выходного вала (рабочего органа) (р.
