在水下传感器平台上节省能源的可变结构控制器
João Falcão Carneiro1,2, João Bravo Pinto2, Fernando Gomes de Almeida1,2
1Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial, Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias, s/n, 4200-465 Porto, Portugal.
对于自主水下车辆而言,一种新的可变结构控制器通过智能地管理浮力,可以显著降低22%的能源消耗. 该控制器优化了深度控制,特别是在可变浮力模块中,尽管对性能有很小的影响.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 控制系统 控制系统
- 海洋工程 海洋工程
背景情况:
- 自主水下车辆 (AUV) 需要精确的深度控制传感器平台.
- 可变浮力模块 (VBM) 提供节能的深度控制,但引入复杂的动态.
- 车身变形和外部重量变化对AUV深度控制造成了重大干扰.
研究的目的:
- 开发和评估用于AUV深度控制的新型可变结构控制器 (VSC).
- 为了尽量减少能源消耗,同时保持有效的深度调节.
- 为了应对船体变形和外部重量变化等干扰.
主要方法:
- 用VBM开发AUV的原型线性模型.
- 使用基于有限元素的方法估计船体变形.
- 设计一个干扰观察器来管理内部和外部系统的不确定性.
- 制定一个具有节能启动/解除逻辑的VSC.
- 与比例积分导数 (PID) 控制器进行比较的模拟.
主要成果:
- 拟议的VSC实现了与VBM驱动的AUV最有效的PID控制器相比,平均节省22%的能源.
- 干扰观察者有效地分析了与系统不确定性相关的估计错误.
- 控制器性能显示了一些与节能的权衡,特别是在动态响应中.
- 模拟验证了控制器在各种操作条件下对VBM和螺旋驱动车辆的有效性.
结论:
- 开发的VSC为AUV的节能深度控制提供了一个有前途的方法.
- 控制器的智能参与策略是其节能能力的关键.
- 进一步的研究可能将重点放在平衡能源效率与对关键应用的增强控制性能上.
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