کنترل پیش بین برای ربات زیرآبی خودگردان با استفاده از رویتگر اختلال

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.