Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Loueipour,Yadollah Zakeri hoseinabadi,Javad Askari
مهدی لوئی پور (استاد مشاور) یداله ذاکری حسین ابادی (استاد راهنما) جواد عسگری مارنانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohamad Falahatian
محمد فلاحتیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Model Predictive Control for Autonomous Underwater Vehicle by using Disturbance Observer
Nowadays underwater vehicles are important part of shore and offshore industries. These vehicles have significant role in scientific, research, commercial and military applications such as submarine observations, structural iection, iection of underwater pipelines and cables, mapping, drilling operations and etc. Although remotely operated vehicles (ROV) have been employed for detection and tracking, their range of operation is constrained by the length of the tether. Furthermore, the need for a support vessel and an ROV operator adds to the cost of monitoring operation. One way to circumvent these problems is to render the autonomous underwater vehicles (AUV), that is, they execute the task with minimal human intervention. It is obvious that the operation of these robots depends on good performance of their control and guidance system. There are some problems to design the control system of these robots such as nonlinearity and interaction of motion equations in different directions and disturbances from environment. In this thesis, a control system in directions of heading and depth is designed for autonomous underwater vehicle with nonlinear model predictive control based on disturbance observer. Therefore in beginning nonlinear and multivariable dynamic equations of robot motion in six degree of freedom for REMUS model are presented. Dynamic equations are converted into two single-input single-output subsystems to design the control system. This conversion can be done by this assumption that the interferences between movements in other directions are disturbance. On this basis, nonlinear model predictive control is designed by assumption that the states and the disturbance, created from interferences between movements in other directions, is available. The prediction model, used in the controller design, is carried out via Taylor series expansion. In order to estimate disturbance, two disturbance observers are introduced separately. A basic idea in the design of the first observer /estimator is to modify the estimation by the difference between the estimated output and the actual output. But second observer is based on sliding mode observer. In this observer, disturbance is estimated by using estimation the state. In fact the nonlinear model predictive controller with the sliding mode observer uses partial state feedback. The ability of this controller to track reference heading and depth in each subsystem and also the ability of two observers to estimate the disturbance are shown by simulation. Also the performance of this controller to control the six degree of freedom equations is shown. Keywords: Autonomous underwater vehicle, dynamic, heading and depth control, nonlinear model predictive control, disturbance observer, sliding mode observer, guidance system.
در حال حاضر ربات های زیرآبی بخش بسیار مهم و قابل توجهی از صنایع ساحلی و فراساحلی را تشکیل داده اند که در کاربردهای علمی و تحقیقاتی، تجاری و نظامی نقش به سزایی دارند. به دلیل مشکلات ناشی از کابل در ربات های زیرآبی کنترل از راه دور (ROV)، در سال های اخیر توجه بسیار زیادی به ربات های زیرآبی هوشمند (AUV) شده است. بدیهی است که کارآیی این ربات ها به عملکرد مناسب سیستم کنترل و هدایت آن ها بر می گردد. غیرخطی بودن و اثر متقابل معادلات حرکت در جهات مختلف و اغتشاش های وارد بر سیستم از طرف محیط اطراف، مشکلاتی است که در طراحی سیستم کنترل این ربات ها وجود دارد. در این رساله یک سیستم کنترل حرکت در جهت های سمت و عمق براساس کنترل پیش بین مدل غیرخطی مبتنی بر رویتگر اغتشاش طراحی شده است. به همین منظور ابتدا معادلات دینامیکی غیرخطی و چند متغیره حرکت ربات در شش درجه آزادی برای مدل ریموس ( REMUS ) که دارای ساختار اژدر مانند می باشد، ارائه شده است. برای طراحی سیستم کنترل، معادلات دینامیکی چند ورودی و چند خروجی به دو زیرسیستم تک ورودی و تک خروجی که بیانگر حرکت در جهت های سمت و عمق می باشند، تبدیل می شود. این تبدیل با توجه به اینکه تداخل بین حرکات به صورت اغتشاش فرض شده اند انجام می گیرد. سپس برای هر زیرسیستم به طور مستقل روش کنترلی مذکور، برای ردیابی سمت و عمق مطلوب طراحی می گردد. بر این اساس، کنترل پیش بین مدل غیرخطی با فرض قابل دسترس بودن اغتشاش ناشی از تداخل حرکات طراحی می شود. به منظور تخمین اغتشاش، دو رویتگر اغتشاش به طور مجزا طراحی می گردد که در روش اول به طور مستقیم اغتشاش تخمین زده می شود اما در روش دوم طراحی براساس رویتگر مد لغزشی می باشد که در آن ابتدا حالت را تخمین زده و سپس با استفاده از آن اغتشاش تخمین زده می شود. قابلیت سیستم کنترل مذکور را در هر زیرسیستم برای ردیابی سمت و عمق مرجع با وارد کردن اغتشاشات مشخصی توسط شبیه سازی نشان داده ایم در ضمن توانایی دو رویتگر اغتشاش جهت تخمین اغتشاشی مشخص نشان داده شده است. همچنین عملکرد سیستم کنترل طراحی شده را بر روی معادلات حرکتی شش درجه آزادی ربات به منظور حرکت در مسیر مشخصی نشان داده ایم. در نهایت با توجه به هوشمندی ربات، نیازمند طراحی سیستم هدایت برای آن می باشیم که ورودی های مرجع مناسب را برای سیستم کنترل تعیین کند. به همین منظور الگوریتمی را جهت هدایت ربات برای ردیابی نقاط هدف در صفحه ارائه می کنیم. در انتها نقاطی را به عنوان نقاط هدف تعیین کرده سپس هدایت و کنترل طراحی شده را به منظور ردیابی نقاط هدف ترکیب می کنیم و نتایج شبیه سازی را بر روی معادلات شش درجه آزادی نشان می دهیم. کلمات کلیدی: 1- ربات زیرآبی هوشمند 2- دینامیک 3- کنترل سمت و عمق 4-کنترل پیش بین مدل غیرخطی 5- رویتگر اغتشاش 6- رویتگر لغزشی 7- سیستم هدایت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی