Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Keshmiri,Mohammad Danesh
مهدی کشمیری (استاد مشاور) محمد دانش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Abadi marzouni
حمید ابدی مرزونی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Dynamic Modelling and Motion Control System Design For an Unmanned Underwater Vehicle (UUV)
In recent years, underwater robotic vehicles have become an intense area of oceanic researches because of their emerging applications. Modelling and control of underwater vehicles are extremely difficult tasks. Many interacting factors which are involved in underwater vehicle dynamics can cause oscillatory or unstable operations. This thesis is one of the few works deals with modelling and control of a Variable Mass Underwater Vehicle (VMUV) with six degrees of freedom. In this research, the general form of the governing equations that could be accounted as an essential prerequisite for simulation of a body is derived for an underwater varying mass body. In this study, the appropriate forms of the aforementioned equations in the body frame and fixed frame are presented and the simulation results of dynamic modelling are analyzed. The analysis of simulation results validate dynamic modelling. Since, the mass of VMUV changes during the operation, both the mass and its center change with time. Therefore, dynamic equations are written around the center of buoyancy and these are more complicated than the equations of the fixed mass underwater vehicles. On the other hand, the hydrodynamic forces and moments, which could be viewed as the main inputs for simulation process, are generally nonlinear functions of system variables and are calculated with their corresponding coefficients. These coefficients, in turn, depend on different system variables and are calculated through the hydrodynamic analysis. It is difficult to accurately determine hydrodynamic coefficients and the dynamics of underwater vehicles; therefore robust control method are suitable choices for controlling them. This thesis presents a new control approach based on sliding mode theory for variable mass underwater vehicles, which is robust to external disturbance and system uncertainties. This control law includes a multivariable exponential function to eliminate the control signal chattering. Through a theorem, state convergence to the sliding surface and uniform global asymptotic stability of the proposed control system are guaranteed based on Lyapunov stability theory for non-autonomous systems. The proposed approach is compared with a conventional sliding mode controller. Computer simulations are done by considering suitable levels of uncertainty in hydrodynamic coefficiets and a bounded disturbance force and moment. The results of simulating the control system for a 6DOF variable mass AUV (REMUS) confirm the validity and effectiveness of the proposed approach. Key words: Variable mass underwater vehicle, parameter uncertainty, sliding mode control, chattering.
: کاربردهای متعدّد دفاعی، مهندسی و علمی شناورهای زیرسطحی بدون سرنشین توجه بسیاری از پژوهشگران را به مطالعه بر روی این نوع وسایل جلب کرده است. در فرآیند طراحی مفهومی این نوع ربات سیّار، مدلسازی دینامیکی و کنترل حرکت از اهمیت به سزایی برخوردار است. اکثر تحقیقات انجام شده در زمینه شناورهای زیرسطحی با فرض ثابت بودن جرم آنها انجام شده است. تغییر جرم به عنوان یک عامل اثرگذار بر دینامیک شناورهای زیرسطحی، ضمن افزودن بر پیچیدگی های مدلسازی دینامیکی، کنترل آنها را نیز با مشکل مواجه می کند. این پژوهش با ارائه ی معادلات و مدلسازی دینامیکی شناورهای زیرسطحی جرم متغیر، تاثیر تغییرات جرم بر دینامیک شناور را مورد بررسی قرار داده است. اشاره تفصیلی به اجزای مختلف نیروهای هیدرودینامیکی در ساختار معادلات شناور زیرسطحی جرم متغیر، از ویژگی های خاص مدلسازی ارائه شده در کار حاضر بوده است. پس از ارائه معادلات دینامیکی شناور جرم متغیر، طراحی کنترل کننده حرکت برای این شناورها مورد توجه قرار گرفته است. دینامیک غیرخطی و کوپل بودن درجات آزادی به یکدیگر، غیر دقیق بودن مدل سازی دینامیکی به علت نامعیّن بودن پارامترهای هیدرودینامیکی وجود نیروهای اختلالی (مانند جریانات زیرسطحی) از مهمترین و اساسی ترین مسائل در برابر کنترل حرکت شناورهای زیرسطحی بدون سرنشین بوده است. با فرض مشخص بودن کران نامعینی ها و اختلال، استفاده از کنترل کننده های مقاوم می تواند راهکار مناسبی برای حلّ مشکلات مذکور باشد. این پژوهش از بین کنترل کننده های مقاوم، کنترل کننده لغزشی را جهت تعقیب مسیر انتخاب کرده است و قوانین کنترل لغزشی را در دو حالتِ کنترل نیرو-گشتاور برای مدل شش درجه آزادی و کنترل بالک برای حالت ساده شده ای از معادلات دینامیک شناور ارائه داده است. ویژگی خاص کنترل کننده های لغزشی ارائه شده در کار حاضر، علاوه بر تعقیب مسیر مطلوب و غلبه بر مشکل نامعینی پارامتری و اختلال، ارائه ایده ای جدید برای کاهش نوسانات ورودی های کنترلی است. نوسانات ورودی های کنترلی (چترینگ) که همواره به عنوان یکی از مشکلات استفاده از کنترل کننده های لغزشی مطرح بوده است، با استفاده از توابع نمایی در ساختار قانون کنترل لغزشی کاهش یافته است. نتایج شبیه سازی های مربوط به مدلسازی دینامیکی و کنترل کننده طراحی شده در محیط سیمولینک نرم افزار متلب، مویّد اعتبار و صحت مدلسازی دینامیکی و قوانین کنترلی بوده است. کلمات کلیدی : شناور جرم متغیّر، نامعینی پارامتری، کنترل کننده لغزشی، چترینگ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی