System analysis of the achievability of the parameters of the dynamics of remote-controlled vehicle in terms of static stability and technical performance

Abstract

В работе приведены исследования показателей эффективности телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов (ТНПА) при синтезе оптимальной системы управления по параметрам статической устойчивости и рабочей производительности. Анализ показателей проводился по методу минимума среднеквадратического значения ошибки управления и альтернативного ему метода динамического программирования (принцип максимума быстродействия параметра). Статическая устойчивость достигается выбором компоновки лёгкого и прочного корпуса, выбором конфигурации системы обеспечения нейтральной плавучести, но в то же время повышает общую инертность динамики аппарата и ухудшает показатель технической производительности. Управление ТНПА обеспечивается постоянной динамикой движительно-рулевого комплекса в прямом и обратном направлении и комбинацией переключения направления тяги. Лучшие условия повышения технической производительности обеспечивается применением пропорционально-интегральным дифференциальным регулятором (ПИД) в котором учёт показателей статической устойчивости реализуется идентификацией динамики ТНПА. Оптимальным с точки зрения величины отношения скорости развиваемой ДРК к возможной является величина 20дБ/дек. Реализация оптимального управления требует значительного объёма статистик коэффициентов сопротивления движению, в зависимости от направления движения, пространственного положения ТНПА и калибровочных параметров ДРК. В этом аспекте лучшие результаты получаются при исследовании моделей в аэротрубном эксперименте. The paper presents studies of the performance indicators of remote-operations vehicles (ROVs) in the synthesis of an optimal control system according to the parameters of static stability and operational productivity. The analysis of the indicators was carried out using the method of the minimum RMS value of the control error and an alternative method of dynamic programming (the principle of maximum performance of the parameter). Static stability is achieved by choosing the layout of a lightweight and durable hull, choosing the configuration of a neutral buoyancy system, but at the same time increases the overall inertia of the dynamics of the device and worsens the indicator of technical performance. The control of the POVs is provided by the constant dynamics of the propulsion and steering complex in the forward and reverse directions and a combination of switching the thrust direction. The best conditions for increasing technical productivity are provided by the use of a proportional integral differential regulator (PID) in which the consideration of static stability indicators is realized by identifying the dynamics of ROVs. The optimal value from the point of view of the ratio of the speed of the developed PSC to the possible one is 20dB/dec. The implementation of optimal control requires a significant number of statistics on the coefficients of resistance to movement, depending on the direction of movement, the spatial position of the ROVs and the calibration parameters of the PSC. In this aspect, the best results are obtained when studying models in an aero tube experiment.