Skip to main content
SUPERVISOR
Javad Askari,Mohammad Danesh
جواد عسگری مارنانی (استاد مشاور) محمد دانش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Mahdi Savadi
محمدمهدی سوادی مفرد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Indirect Adaptive Control of Autonomous Underwater Vehicles
More than 70% of the earth is covered by seas and oceans that are vast and valuable resources of the earth. Seas play important role in strategic, military, political and economic issues. Due to difficulty and high cost of research and activity in underwater environments, using of underwater robots is useful in these areas. Among these robots, autonomous underwater vehicles (AUVs) are popular. Today's these robots are used in various commercial, military and scientific applications. Nonlinear dynamics, structural and nonstructural uncertainty and external disturbances has caused challenges for control of these robots. Therefore by use of an adaptive control system that is robust with respect to external disturbances can be overcome these challenges. In this project the mathematical model of an AUV described and then two control systems are proposed for this model. First an adaptive robust control scheme for six-degree of freedom of AUV is expressed that by using two different adaptation laws, parameters of the systems and bound of the disturbances vector are estimated and are used in the control law. Since linear velocities of underwater robots are often unavailable, these velocities are estimated by extended Kalman filter (EKF). In this project, EKF is applied to simplified model of vehicle. In second section of the project, the model of AUV is divided into horizontal and vertical planes, and an adaptive controller is proposed in these two planes to control depth and heading of the AUV. If vehicle has roll, model of AUV can not be separated into these two planes. Thus in this thesis by using some transformation roll of the vehicle is damped. In the following, stability of both controllers is proven by using Lyapunov theory and Barbalat's lemma. Finally, the proposed control systems are simulated in six-degree of freedom model of the AUV which represent that the controllers are robust with respect to measurement noise, external disturbances and uncertainty in the model. Keywords: autonomous underwater vehicle, robust adaptive control, external disturbance estimation
بیش از 70 درصد از سطح زمین را دریاها و اقیانوس‌ها پوشش داده‌اند که از منابع عظیم و ارزشمند کره زمین محسوب می‌شوند. دریاها نقش بارزی در مسائل استراتژیک، دفاعی، سیاسی، اقتصادی، نظامی و توسعه‌ای کشور ایفا می‌کنند. با توجه به مشکلات و هزینه‌ی بالای فعالیت و تحقیق در زیردریا استفاده از ربات‌های زیرآبی می‌تواند راه‌گشای این بخش باشد. از میان ربات‌های زیرآبی شناورهای زیرسطحی خودگردان (AUVs) بیش از سایر وسایل زیرسطحی مورد توجه قرار گرفته‌اند. امروزه از این شناورها در کاربردهای مختلف تجاری، نظامی، علمی و تحقیقاتی استفاده می‌شود. دینامیک غیرخطی، نامعینی‌های ساختاری و غیرساختاری و وابسته بودن پارامترهای مدل به سرعت شناور از یک طرف و وجود اغتشاشات خارجی نظیر جریان‌های زیرآبی از طرف دیگر، چالش‌هایی را برای کنترل این وسایل زیرسطحی ایجاد کرده‌است. از این رو با استفاده از یک سیستم کنترل تطبیقی که نسبت به اغتشاشات خارجی مقاوم باشد می‌توان بر اکثر این مشکلات فایق آمد. در این پایان‌نامه، پس از تعیین مدل ریاضی یک نمونه شناور زیرسطحی خودگردان، دو سیستم کنترلی برای این شناور پیشنهاد می‌شود. در بخش اول یک کنترل‌کننده تطبیقی مقاوم برای کنترل 6 درجه آزادی شناور زیرسطحی ارائه می‌گردد که با دو قانون تخمین متفاوت پارامترهای سیستم و کران اغتشاشات وارد بر شناور را تخمین می‌زند و در قانون کنترل از آن‌ها استفاده می‌کند. با توجه به این که معمولاً در شناورهای زیرسطحی، سرعت‌های خطی وسیله در دسترس نیست از تخمین این سرعت‌ها که با استفاده از فیلتر کالمن توسعه‌یافته (EKF) به دست آمده‌اند در قانون کنترل استفاده می‌شود. در این پایان‌نامه، فیلتر کالمن توسعه‌یافته را با انجام تقریب‌هایی بر روی دینامیک ساده شده‌ی شناور پیاده‌سازی می‌کنیم. در بخش دوم با مجزا کردن دینامیک وسیله در دو صفحه افقی و قائم، یک سیستم کنترل تطبیقی مقاوم جدید برای کنترل سمت و عمق شناور پیشنهاد می‌گردد. از آن جایی که رول کردن شناور مانع از مجزا شدن دینامیک وسیله در دو صفحه افقی و قائم است در این بخش با استفاده از یک سری تبدیل تشابهی اثر رول شناور خنثی می‌شود. در ادامه پایداری هر دو سیستم کنترلی توسط تابع لیاپانف و لم باربالت به اثبات می‌رسد. در نهایت هر دو سیستم کنترلی بر روی مدل 6 درجه آزادی شناور زیرسطحی خودگردان شبیه‌سازی می‌گرددکه نتایج نشان‌دهنده‌ی عملکرد مقاوم کنترل‌کننده در برابر نویزهای اندازه‌گیری، اغتشاشات خارجی و نامعینی‌های مدل می‌باشد. کلمات کلیدی: 1- شناور زیرسطحی خودگردان 2- کنترل تطبیقی-مقاوم 3- تخمین کران اغتشاشات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی