Система автоматичного керування просторовим рухом підводного апарата

Номер патенту: 110447

Опубліковано: 25.12.2015

Автор: Блінцов Сергій Володимирович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Система автоматичного керування просторовим рухом підводного апарата, яка містить задавач вхідного сигналу, датчик горизонтальної та датчик кутової швидкості руху, зв'язані з корпусом підводного апарата, датчики частоти обертання лівого і правого гребних гвинтів, зв'язані з відповідними гвинтами, перший канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані перший силовий перетворювач, перший електродвигун та лівий гребний гвинт, другий канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані другий силовий перетворювач, другий електродвигун та правий гребний гвинт, підводний апарат як об'єкт керування, перший обчислювач керуючих сигналів, входи якого зв'язані із задавачем вхідного сигналу, датчиками горизонтальної і кутової швидкостей апарата й частоти обертання кожного з гвинтів, а виходи - з першим і другим силовими перетворювачами, перший апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту горизонтальної швидкості і прискорення руху підводного апарата від його поточного стану та суми упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, другий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту кутової швидкості і прискорення руху підводного апарата від його поточного стану та різниці упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, третій апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору правого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних, четвертий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору лівого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних, яка відрізняється тим, що створено третій канал виконавчого механізму для забезпечення окремого керування вертикальним рухом, в який введено послідовно з'єднані третій силовий перетворювач, третій електродвигун, вертикальний гребний гвинт, також введені датчик вертикальної швидкості руху, зв'язаний з корпусом підводного апарата, перший блок затримки вихідного сигналу, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, другий блок затримки вихідного сигналу, зв'язаний з першим блоком затримки, блок затримки керуючого сигналу по вертикалі, зв'язаний з блоком ділення, другий обчислювач, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, першим і другим блоками затримки вихідного сигналу, блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію f() NARMA-L2-регулятора, третій обчислювач, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, першим і другим блоками затримки вихідного сигналу, блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію g() NARMA-L2-регулятора, суматор, зв'язаний першим входом із задавачем вхідного сигналу, другим входом - з другим обчислювачем, та блок ділення, зв'язаний першим входом з суматором, другим входом - з третім обчислювачем, а виходом - з третім силовим перетворювачем і блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі.

Текст

Дивитися

Реферат: Винахід належить до суднобудування. Система автоматичного керування просторовим рухом підводного апарата містить три канали виконавчого механізму, третій з яких слугує для забезпечення окремого керування вертикальним рухом. Передбачені два додаткових обчислювачі, що зв'язані з датчиком вертикальної швидкості і постачені програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функції NARMA-L2-регулятора. Технічним результатом є одночасне керування горизонтальним, обертовим та вертикальним рухами при одночасному забезпеченні можливості синтезу системи керування в умовах невизначеності параметрів його математичної моделі. UA 110447 C2 (12) UA 110447 C2 UA 110447 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі суднобудування і призначений для підводних апаратів (ПА), які використовують для переміщення три гребних гвинти з електричним приводом: два для руху в горизонтальній площині (прямолінійний та повороти навколо вертикальної осі) і один для руху по вертикалі, завдяки яким може виконуватись просторовий траєкторний рух. Відомо про адаптивну систему зі змінною структурою для керування швидкістю руху підводного робота (Юхимец Д.А., Филаретов В.Ф., патент RU 2215318 С1, опубл. 27.10.2003). Такий пристрій містить послідовно з'єднані перший блок множення, перший суматор, перший релейний елемент, фільтр, блок виділення модуля, вимірник неузгодженості, ключ, другий вхід якого через другий релейний елемент приєднаний до виходу першого блока виділення модуля, інтегратор, другий суматор, другий вхід якого з'єднаний з виходом джерела еталонного сигналу й другим входом першого вимірника неузгодженості, а його вихід з'єднаний з першим входом першого блока множення, послідовно з'єднані третій суматор, перший вхід якого з'єднаний із входом системи, другий блок виділення модуля, другий блок множення, другий вхід якого з'єднаний з виходом першого релейного елемента, і четвертий суматор, а також датчик прискорення руху підводного робота, установлений на корпусі підводного робота, що підключений до другого входу першого суматора, причому другий вхід першого блока множення з'єднаний із входом другого блока виділення модуля, послідовно з'єднані третій блок виділення модуля, третій блок множення, п'ятий суматор, другий вхід якого підключений до виходу датчика швидкості руху підводного робота, установленого на корпусі підводного робота, входу третього блока виділення модуля й другому входу третього суматора, шостий суматор, другий вхід якого з'єднаний з виходом четвертого блока множення, п'ятий блок множення, сьомий суматор, підсилювач, двигун і гвинт, жорстко пов'язаний з валом двигуна, а також послідовно з'єднані датчик швидкості обертання вала двигуна, установлений на цьому валу, четвертий блок виділення модуля, восьмий суматор, шостий блок множення, дев'ятий суматор, перший нелінійний елемент, другий нелінійний елемент, вхід якого підключений до другого входу четвертого блока множення, перший блок ділення, другий вхід якого з'єднаний з виходом десятого суматора, перший вхід якого підключений до виходу п'ятого суматора й через квадратор - до другого входу дев'ятого суматора, сьомий блок множення, другий вхід якого з'єднаний з виходом четвертого блока виділення модуля, другим входом п'ятого блока множення й першим входом восьмого блока множення, вихід якого підключений до другого входу сьомого суматора, одинадцятий суматор, другий вхід якого з'єднаний з виходом шостого суматора, а третій вхід - із третім входом шостого суматора, другим входом десятого суматора, другим входом восьмого блока множення й виходом восьмого суматора, дев'ятий блок множення, другий вхід якого підключений до другого входу четвертого блока множення, другого входу третього блока множення й через третій релейний елемент - до виходу датчика швидкості обертання вала двигуна, третього входу сьомого суматора, четвертого входу одинадцятого суматора, другого входу восьмого суматора, другого входу шостого блока множення й третього входу п'ятого суматора, третій нелінійний елемент, другий блок розподілу, вихід якого з'єднаний із четвертим входом сьомого суматора, а другий вхід - з виходом дванадцятого суматора, перший вхід якого підключений до виходу четвертого суматора, а другий вхід - до виходу п'ятого блока множення й другого входу четвертого суматора. У вказаній системі керування визначення керуючого сигналу проводиться на основі математичної моделі об'єкта з урахуванням нелінійностей. Основною проблемою є висока складність визначення коефіцієнтів системи керування, а також параметрів моделі, що унеможливлює синтез такої системи в умовах невизначеності цих параметрів. Крім того, вона вирішує лише задачу керування прямолінійним рухом за допомогою одного гвинта і не підходить для одночасного керування горизонтальною, обертовою та вертикальною складовими просторового руху в системі з трьома гвинтами. Найбільш близьким аналогом є система автоматичного керування рухом підводного апарата в горизонтальній площині (Блінцов С.В., патент UA 101202 С2, опубл. 11.03.2013). Така система містить задавач вхідного сигналу, датчик лінійної та датчик кутової швидкості руху підводного апарата, зв'язані з корпусом ПА, датчики частоти обертання лівого і правого гребних гвинтів, зв'язані з відповідними гвинтами, перший канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані перший силовий перетворювач, перший електродвигун та лівий гребний гвинт, другий канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані другий силовий перетворювач, другий електродвигун та правий гребний гвинт, підводний апарат як об'єкт керування, обчислювач керуючих сигналів, входи якого зв'язані із задавачем вхідного сигналу, датчиками лінійної і кутової швидкостей апарата й частоти обертання кожного з гвинтів, а виходи - з першим і другим силовими перетворювачами, перший апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту лінійної швидкості і прискорення руху підводного апарата від 1 UA 110447 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 його поточного стану та суми упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, другий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту кутової швидкості і прискорення руху підводного апарата від його поточного стану та різниці упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, третій апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору правого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних, четвертий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору лівого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних. У вказаній системі вирішується задача керування рухом ПА в горизонтальній площині, і вона не підходить для керування просторовим рухом одночасно у трьох вимірах. Ставиться задача удосконалення системи автоматичного керування просторовим рухом ПА шляхом додаткового введення каналу вертикального руху, який складається з силового перетворювача, електродвигуна, вертикального гребного гвинта та елементів обчислення керуючого впливу на цей канал, що приводить до можливості одночасного керування горизонтальним, обертовим та вертикальним рухами ПА в просторі й можливості синтезу системи керування в умовах невизначеності параметрів математичної моделі ПА. Поставлена задача вирішується тим, що в системі автоматичного керування рухом ПА, яка містить задавач вхідного сигналу, датчик горизонтальної та датчик кутової швидкості руху, зв'язані з корпусом підводного апарата, датчики частоти обертання лівого і правого гребних гвинтів, зв'язані з відповідними гвинтами, перший канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані перший силовий перетворювач, перший електродвигун та лівий гребний гвинт, другий канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані другий силовий перетворювач, другий електродвигун та правий гребний гвинт, підводний апарат як об'єкт керування, перший обчислювач керуючих сигналів, входи якого зв'язані із задавачем вхідного сигналу, датчиками горизонтальної і кутової швидкостей апарата й частоти обертання кожного з гвинтів, а виходи - з першим і другим силовими перетворювачами, перший апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту горизонтальної швидкості і прискорення руху підводного апарата від його поточного стану та суми упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, другий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту кутової швидкості і прискорення руху підводного апарата від його поточного стану та різниці упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, третій апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору правого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних, четвертий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору лівого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних, відповідно до винаходу створено третій канал виконавчого механізму для забезпечення окремого керування вертикальним рухом, в який введено послідовно з'єднані третій силовий перетворювач, третій електродвигун, вертикальний гребний гвинт, також введені датчик вертикальної швидкості руху, зв'язаний з корпусом підводного апарата, перший блок затримки вихідного сигналу, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, другий блок затримки вихідного сигналу, зв'язаний з першим блоком затримки, блок затримки керуючого сигналу по вертикалі, зв'язаний з блоком ділення, другий обчислювач, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, першим і другим блоками затримки вихідного сигналу, блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію f() NARMA-L2-регулятора, третій обчислювач, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, першим і другим блоками затримки вихідного сигналу, блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію g() NARMA-L2-регулятора, суматор, зв'язаний першим входом із задавачем вхідного сигналу, другим входом - з другим обчислювачем, та блок ділення, зв'язаний першим входом з суматором, другим входом - з третім обчислювачем, а виходом - з третім силовим перетворювачем і блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі. Суть пропозиції полягає в наступному. Згідно з концепцією побудови NАRМА-L2-регуляторів (Narendra K.S., Mukhopadhyay S. Adaptive Control Using Neural Networks and Approximate Models 2 UA 110447 C2 // IEEE Transactions on Neural Networks, Vol. 8, 1997, pp. 475-485. [1]) вважається, що модель об'єкта можна апроксимувати рівнянням: yk  d  yk , yk  1,..., yk  n  1, uk ,uk  1,...,uk  n  1  5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55  g yk , yk  1,..., yk  n  1, uk , uk  1,...,uk  n  1 uk  1 , (1) де yk  - вихідна координата об'єкта керування в момент часу k; uk  - вхідна координата (керуючий сигнал). В даному випадку в якості моделі розглядається динамічна модель руху ПА по вертикальній осі. Тоді сигнал керування, необхідний для приведення вихідної координати (вертикальної швидкості) до значення y(k+d) можна розрахувати за формулою: uk  1  y k  d   y k , y k  1,..., y k  n  1, uk , uk  1,...,uk  n  1 . g y k , y k  1,..., y k  n  1, uk , uk  1,...,uk  n  1 Функції f() і g() апроксимуються за допомогою штучних нейронних мереж, алгоритми їх роботи описані в літературі (Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. - М.: "Горячая линия - Телеком", 2002. - С. 10-20, С. 89-134 [2]). При цьому для їх навчання не потрібно проводити складний експеримент по отриманню навчальної вибірки спеціального виду. Для даного типу регулятора в системі керування ПА достатньо протягом деякого часу (до 100-200 с) подавати на вхід об'єкта керуючий сигнал, який являє собою сходинки випадкової величини (з допустимого діапазону) та випадкової довжини (в діапазоні від 1 до 10 секунд). При цьому запам'ятовуються вхідна та вихідна координати з інтервалом часу 0,01 с. По цих даних на базі персонального комп'ютера за спеціальним алгоритмом навчаються штучні нейронні мережі, які апроксимують функції f() і g() як складові моделі об'єкта (1). Потім параметри цих мереж прописуються у відповідні нейронні мережі у складі регулятора, після чого регулятор вертикального руху готовий до роботи. Обчислення в ньому проводяться паралельно з обчисленням в іншому регуляторі, який керує рухом в горизонтальній площині (генерує керуючий сигнал для лівого і правого гвинтів). Слід зазначити, що ПА є багатозв'язним об'єктом, тобто рух по одній осі координат неможна розглядати незалежно від руху по інших, оскільки вони пов'язані між собою і впливають один на одного. Але ці взаємні впливи від інших складових для руху по даній осі можна розглядати як зовнішні збурення. Оскільки обидва регулятори, як в горизонтальній площині, так і по вертикальній осі, компенсують зовнішні збурення, то система керування просторовим рухом в цілому, що розглядається, буде функціонувати вірно. Структурна схема пропонованої системи показана на рисунку. Система автоматичного керування просторовим рухом підводного апарата містить: послідовно з'єднані перший силовий перетворювач 1, виходом якого є напруга живлення UI, перший електродвигун 2, який забезпечує кутову частоту обертання ωI лівого гвинта 3, що розвиває упор ТI; послідовно з'єднані другий силовий перетворювач 4, виходом якого є напруга живлення Ur, другий електродвигун 5, який забезпечує кутову частоту обертання ω r правого гвинта 6, що розвиває упор Тr; послідовно з'єднані третій силовий перетворювач 7, виходом якого є напруга живлення Uz, третій електродвигун 8, який забезпечує кутову частоту обертання ωz вертикального гвинта 9, що розвиває упор Tz; підводний апарат 10 як об'єкт керування, постачений датчиком 11 горизонтальної швидкості руху по осі х, датчиком 12 кутової швидкості обертання ПА навколо осі у, датчиком 13 вертикальної швидкості ПА по осі z, датчиком 14 частоти обертання лівого гребного гвинта, зв'язаним з гвинтом 3, датчиком 15 частоти обертання правого гребного гвинта, зв'язаним з гвинтом 6; задавач вхідного сигналу 16, який задає значення горизонтальної швидкості й прискорення, кутової швидкості й прискорення та вертикальної швидкості згідно з програмою руху, чотирма виходами зв'язаний з першим обчислювачем 17, п'ятим виходом - з суматором 27; обчислювач керуючих сигналів 17 для лівого і правого каналів, входами зв'язаний із задавачем 16, датчиками 11, 12, 14 і 15, а виходами - з першим і другим силовими перетворювачами 1 і 4; перший апроксиматор 18, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем 17 і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, який відтворює залежність приросту горизонтальної швидкості й прискорення руху ПА від його поточної швидкості та суми упорів гвинтів на початку, в середині й кінці інтервалу керування tc на основі попередньо отриманих даних; другий апроксиматор 19, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем 17 і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, який відтворює залежність приросту кутової швидкості й прискорення руху ПА від його поточної кутової швидкості та різниць упорів гвинтів на початку, в середині й кінці інтервалу керування tc на основі попередньо отриманих даних; третій апроксиматор 20, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем 17 і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, який відтворює залежність упору лівого гребного гвинта від його поточної 3 UA 110447 C2 5 10 15 20 швидкості обертання, поточної горизонтальної швидкості ПА та керуючого сигналу по лівому каналу на основі попередньо отриманих даних; четвертий апроксиматор 21, зв'язаний входами і виходами з обчислювачем 17 і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, який відтворює залежність упору правого гребного гвинта від його поточної швидкості обертання, поточної горизонтальної швидкості ПА та керуючого сигналу по правому каналу на основі попередньо отриманих даних; перший блок затримки вихідного сигналу 22, зв'язаний з датчиком швидкості 13, другий блок затримки вихідного сигналу 23, зв'язаний з першим блоком затримки 22, блок затримки керуючого сигналу 24, зв'язаний з виходом блока ділення 28; другий обчислювач 25, зв'язаний входами з датчиком вертикальної швидкості 13, першим 22 і другим 23 блоками затримки вихідного сигналу і блоком затримки керуючого сигналу 24 та постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію f() NARMA-L2-регулятора; третій обчислювач 26, зв'язаний входами з датчиком швидкості 13, першим 22 і другим 23 блоками затримки вихідного сигналу і блоком затримки керуючого сигналу 24 та постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію g() NARMA-L2-регулятора; суматор 27, зв'язаний першим входом із задавачем вхідного сигналу 16, а другим входом - з другим обчислювачем 25; блок ділення 28, зв'язаний першим входом з суматором 27, другим входом - з третім обчислювачем 26, а виходом - з силовим перетворювачем 7 і блоком затримки керуючого сигналу 24. Апроксиматор 18 реалізує залежність: Vx, dVx / dt  f Vx0, Tx0, Tx1, Tx2  , де Vx  Vз  Vx0 - різниця між заданою Vз швидкістю, яка має бути через tc, та фактичною швидкістю Vx0; Tx0 - сумарний упор гребних гвинтів в початковий момент часу. Апроксиматор 19 реалізує залежність: y, dy / dt  f y0, TM0, TM1, TM2 , 25 де y  yз  y0 - різниця між заданою ωуз кутовою швидкістю, яка має бути через tc, та фактичною швидкістю ωy0; TM0 - різниця упорів гребних гвинтів в початковий момент часу. Апроксиматор 20 реалізує залежність: TI  f Vx0, I 0, uI  , де TI - упор, створюваний лівим гребним гвинтом; I 0 - частота обертання лівого гребного 30 гвинта в початковий момент часу; uI - керуючий сигнал по лівому каналу. Апроксиматор 21 реалізує залежність: Tr  f Vx0, r 0, ur  , де Tr - упор, створюваний правим гребним гвинтом; r 0 - частота обертання правого 35 40 45 50 55 гребного гвинта в початковий момент часу; ur - керуючий сигнал по правому каналу. Апроксиматори 20 і 21 будуть однаковими, якщо такими є лівий і правий канали (містять однакові силові перетворювачі, електродвигуни й гребні гвинти). До складу системи керування просторовим рухом входять пристрої з 17 по 28, причому блоки з 17 по 21 реалізують генерацію сигналу керування для руху в горизонтальній площині (лінійного та обертового), а блоки з 22 по 28 - для вертикального руху. Апроксиматори 18-21 та блоки обчислення 25 і 26 містять штучні нейронні мережі. Апроксиматори 18-21 та обчислювачі 17, 25 і 26 можуть бути реалізовані програмно на базі ЕОМ або загальновідомих мікроконтролерів (Motorola, Intel, РІС-контролери). Пропонована система працює наступним чином. З інтервалом часу tc система керування опитує датчики 11-15 і задавач вхідного сигналу 16. Обчислювач 17 розраховує, якими мають бути прирости кутової і горизонтальної швидкостей руху ПА за час наступного інтервалу tc і якими мають бути миттєві значення прискорень наприкінці цього інтервалу (згідно з законом керування, що надходить із задавача вхідного сигналу 16). Потім обчислювач 17 багаторазово звертається до апроксиматора 18, послідовно перебираючи всі допустимі комбінації значень упорів Тx1 і Тx2, поки не визначить такі значення, які забезпечать потрібні приріст швидкості й прискорення. Потім обчислювач 17 багаторазово звертається до апроксиматора 19, послідовно перебираючи всі допустимі комбінації значень різниць упорів TМ1 і ТM2, поки не визначить такі значення, які забезпечать потрібні приріст кутової швидкості й прискорення. Далі обчислювач розраховує T r1, Тr2, ТI1, ТI2 за формулами Tr1  Tx1  TM1 / 2 , TI1  Tx1  TM1 / 2 , Tr 2  Tx2  TM2  / 2 , TI 2  Tx2  TM2  / 2 . Потім обчислювач 17 багаторазово звертається до апроксиматора 20, підбираючи спочатку значення керуючої напруги uI1, яке забезпечить упор ТI1, потім значення uI2, яке забезпечить упор ТI2. Потім 4 UA 110447 C2 5 10 15 20 обчислювач 17 багаторазово звертається до апроксиматора 21, підбираючи спочатку значення керуючої напруги ur1, яке забезпечить упор Tr1, потім значення ur2, яке забезпечить упор Тr2. Паралельно з цим працюють блоки 24-28. Сигнал з датчика 13, а також сигнали з блоків затримки 22-24, які виконують затримку сигналу на інтервал часу tc для врахування динаміки об'єкту, надходять до обчислювачів 25 і 26, які розраховують функції f() і g(), відповідно. В суматорі 27 виконується віднімання f() від сигналу, який надійшов з задавача, результат надходить в блок ділення 28 і виконується його ділення на g(). В такий спосіб на виході блока ділення 28 формується сигнал керування по вертикалі uz. Далі протягом проміжку часу tc на виконавчі механізми (силові перетворювачі 1 і 4, з якими послідовно зв'язані електродвигуни 2 і 5 і гребні гвинти 3 і 6, відповідно) подаються спочатку перші (протягом першого півінтервалу tc/2), потім другі (протягом другого півінтервалу tc/2) значення керуючої напруги uI1, uI2 та ur1, ur2. Разом з цим протягом всього інтервалу tc подається сигнал керування по вертикалі uz, який йде на третій силовий перетворювач 7 і далі через двигун 8 на вертикальний гребний гвинт 9. В кінці інтервалу tc ПА 10 буде мати необхідні горизонтальні й кутові швидкості і прискорення, а також необхідну вертикальну швидкість. На наступному кроці дискретизації знов опитуються датчики 11-15, задавач вхідного сигналу 16, і процес генерації керуючих сигналів повторюється на наступний інтервал tc. Таким чином, вирішується задача одночасного керування горизонтальним, обертовим та вертикальним рухами, тобто траєкторним просторовим рухом ПА, а також забезпечується можливість синтезу системи керування в умовах невизначеності параметрів його математичної моделі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 Система автоматичного керування просторовим рухом підводного апарата, яка містить задавач вхідного сигналу, датчик горизонтальної та датчик кутової швидкості руху, зв'язані з корпусом підводного апарата, датчики частоти обертання лівого і правого гребних гвинтів, зв'язані з відповідними гвинтами, перший канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані перший силовий перетворювач, перший електродвигун та лівий гребний гвинт, другий канал виконавчого механізму, що об'єднує послідовно з'єднані другий силовий перетворювач, другий електродвигун та правий гребний гвинт, підводний апарат як об'єкт керування, перший обчислювач керуючих сигналів, входи якого зв'язані із задавачем вхідного сигналу, датчиками горизонтальної і кутової швидкостей апарата й частоти обертання кожного з гвинтів, а виходи - з першим і другим силовими перетворювачами, перший апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту горизонтальної швидкості і прискорення руху підводного апарата від його поточного стану та суми упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, другий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності приросту кутової швидкості і прискорення руху підводного апарата від його поточного стану та різниці упорів гвинтів на основі попередньо отриманих даних, третій апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору правого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних, четвертий апроксиматор, зв'язаний входами і виходами з першим обчислювачем і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж для апроксимації залежності упору лівого гребного гвинта від його поточного стану та керуючого сигналу на основі попередньо отриманих даних, яка відрізняється тим, що створено третій канал виконавчого механізму для забезпечення окремого керування вертикальним рухом, в який введено послідовно з'єднані третій силовий перетворювач, третій електродвигун, вертикальний гребний гвинт, також введені датчик вертикальної швидкості руху, зв'язаний з корпусом підводного апарата, перший блок затримки вихідного сигналу, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, другий блок затримки вихідного сигналу, зв'язаний з першим блоком затримки, блок затримки керуючого сигналу по вертикалі, зв'язаний з блоком ділення, другий обчислювач, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, першим і другим блоками затримки вихідного сигналу, блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію f() NARMA-L2-регулятора, третій обчислювач, зв'язаний з датчиком вертикальної швидкості, першим і другим блоками затримки вихідного сигналу, блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі і постачений програмою на базі штучних нейронних мереж, що відтворює функцію g() NARMA-L2-регулятора, суматор, зв'язаний першим входом із задавачем вхідного сигналу, другим входом - з другим 5 UA 110447 C2 обчислювачем, та блок ділення, зв'язаний першим входом з суматором, другим входом - з третім обчислювачем, а виходом - з третім силовим перетворювачем і блоком затримки керуючого сигналу по вертикалі. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: G06F 15/18, G05B 13/04, G06N 3/02, B63H 21/21, B63H 25/42, B63H 5/08, B63G 8/08, G06N 3/06

Мітки: керування, просторовим, підводного, апарата, система, рухом, автоматичного

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/8-110447-sistema-avtomatichnogo-keruvannya-prostorovim-rukhom-pidvodnogo-aparata.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Система автоматичного керування просторовим рухом підводного апарата</a>

Подібні патенти