Пошук академічних текстів

Реєстраційний номер

0217U000576, 0115U000307 , Науково-дослідна робота

Назва роботи

Розробка теоретичних основ та програмно-технічних засобів керування багатоцільовим морським без екіпажним комплексом

Назва етапу роботи

Керівник роботи

Блінцов Володимир Степанович,

Дата реєстрації

14-02-2017

Організація виконавець

Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова

Опис етапу

Об'єкт дослідження: процеси автоматизованого та автоматичного керування БМБК у режимах пошуку, ідентифікації та визначення характеристик морських рухомих об'єктів. Мета дослідження полягає у теоретичному забезпеченні розв'язку задачі загальнодержавного значення - створення єдиної системи моніторингу підводної, надводної та повітряної обстановки у територіальних водах України на базі багатоцільового морського безекіпажного комплексу з високоефективною системою автоматизованого та автоматичного керування ним у реальному часі. Методи та підходи до вирішення завдань проекту: теоретичні основи формування концепцій - для розробки концепції побудови систем керування БМБК, який містить підводну, надводну та авіаційну компоненти і функціонує в умовах невизначеності зовнішніх збурень та нестаціонарності просторових характеристик виявлених морських рухомих об'єктів; системний підхід - для синтезу структур багаторівневих систем автоматизованого та автоматичного керування БМБК, що містить підводну, надводну та авіаційну компоненти; методи синтезу нечітких та нейромережних регуляторів та методи синтезу нейромережних та аналітичних прямих та інверсних моделей елементів об'єктів керування - для синтезу інтелектуальних систем керування БМБК; математичне і комп'ютерне моделювання - для перевірки ефективності законів керування автономним рухом складових БМБК та законів керування груповим узгодженим рухом компонент БМБК в умовах невизначеності зовнішніх збурень та нестаціонарності характеристик виявлених морських рухомих об'єктів; методи розробки програмно-апаратних засобів, алгоритмічного та інформаційного забезпечення - для створення дослідного зразка системи керування БМБК; методи автоматизованого проектування комп'ютеризованих технічних систем - для створення діючого макету БМБК у складі автономного і прив'язного підводних апаратів; методи басейнових і морських натурних випробувань - для експериментальної перевірки працездатності й ефективності синтезованих систем керування БМБК. Отримано наступні наукові результати: досліджені шляхи реалізації проекту створення багатоцільового морського безпілотного комплексу в інтересах українських організацій; зокрема, сформульовано типові морські місії, які необхідно виконувати за допомогою засобів морської робототехніки, надано пропозиції щодо створення безекіпажних морських систем в інтересах організацій України на базі кооперації вітчизняних наукових, проектних та виробничих організацій, розроблено структуру робіт по створенню такої техніки, розроблено концепцію створення багатоцільових прив'язних підводних систем з централізованим інформаційним обміном, як складових БМБК; розроблено концепцію побудови та обґрунтовано склад єдиної системи моніторингу підводної, надводної та повітряної обстановки у територіальних водах України на базі БМБК з автоматизованим та автоматичним керуванням; розроблено основи теорії автоматизованого та автоматичного керування у реальному часі БМБК, який містить підводну, надводну та авіаційну компоненти, у тому числі: удосконалено теорію керування та методи математичного моделювання безекіпажних морських систем з гнучкими зв'язками; удосконалено теорію групового керування безекіпажними морськими системами; удосконалено метод оберненої динаміки шляхом застосування принципу декомпозиції еталонної моделі, що дає змогу синтезувати системи автоматичного керування підводними комплексами, нелінійні елементи яких задано в довільній формі. синтезовано систему автоматичного керування одновимірним рухом підводного апарата як складової підводного комплексу із застосуванням методу оберненої динаміки на основі принципу декомпозиції еталонної моделі; працездатність отриманої системи автоматичного керування підтверджено шляхом комп'ютерного моделювання, що дає змогу застосовувати принцип декомпозиції для синтезу систем автоматичного керування підводними комплексами методом оберненої динаміки; синтезовано узагальнені структури систем автоматизованого та автоматичного керування БМБК, зокрема, розроблено узагальнену структуру системи керування єдиною системою роботизованого моніторингу морських акваторій, розроблено систему керування роботою прив'язного підводного апарата при проведенні пошукових та знешкоджувальних морських операцій, удосконалено систему автоматичного керування рухом безекіпажного малорозмірного надводного судна як складової БМБК; розроблено програмно-апаратні засоби, алгоритмічне та інформаційне забезпечення для системи автоматизованого та автоматичного керування БМБК; зокрема, синтезовано закони керування автономним рухом АПА, БНС та ППА як складових БМБК в умовах невизначеності зовнішніх збурень та нестаціонарності просторових характеристик виявлених морських рухомих об'єктів; синтезовано закони керування автономним та груповим узгодженим рухом самохідними морськими апаратами-роботами як компонентами БМБК в умовах невизначеності зовнішніх збурень та нестаціонарності просторових характеристик виявлених морських рухомих об'єктів; створено та випробувано діючі зразки автономного та прив'язного підводних апаратів як агентів БМБК, а також розроблено документацію для їх заводських та морських натурних випробувань; один підводний апарат передано до ВМС ЗС України для дослідної експлуатації. Наукова новизна полягає в удосконаленні методу оберненої динаміки для створення систем керування морськими рухомими об'єктами. Виконання сучасних підводних задач неможливо без ефективних систем автоматичного керування засобами морської робототехніки. Такі системи керування мають забезпечувати узгоджене керування декількома нелінійними багатовимірними об'єктами, до яких належать надводні судна, підводні апарати та гнучкі елементи - кабель-троси. Задачі керування засобами морської робототехніки формуються як сукупність задач керування їх складовими таких багатовимірних об'єктів. Наявність механічного зв'язку через кабель-троси між цими складовими суттєво ускладнює задачу синтезу систем автоматизованого та автоматичного керування. Одним з потужних методів, який дає змогу синтезувати системи автоматичного керування складними нелінійними об'єктами, є метод оберненої динаміки. Обернена задача динаміки відома з теоретичної механіки як задача визначення сил, що діють на тіло, якщо відома траєкторія його руху. В теорії автоматичного керування метод оберненої динаміки реалізує концепцію інверсного керування. Його суть полягає у наступному. На основі вимог до якості керування синтезується еталонна модель системи автоматичного керування. Вона представляє собою диференціальне рівняння з бажаними динамічними характеристиками системи керування. Порядок диференціального рівняння еталонної моделі не може бути меншим, ніж порядок об'єкта керування. Далі з еталонної моделі виражається старша похідна. Отриманий вираз підставляють замість старшої похідної в рівнянні об'єкта і з нього виражають закон керування. Теоретичне удосконалення методу оберненої динаміки шляхом застосування принципу декомпозиції еталонної моделі дає змогу синтезувати системи автоматичного керування підводними комплексами, нелінійні елементи яких задано в довільній формі. Науково-прикладна новизна результатів роботи полягає у вперше запропонованій структурі роботизованої єдиної системи моніторингу морської обстановки, яка функціонує у реальному часі, та в удосконаленні систем керування одиночним та груповим рухом засобів морської робототехніки як складових БМБК.

Опис продукції

Розроблено концепцію побудови та основи теорії автоматизованого та автоматичного керування у реальному часі багатоцільовим морським безекіпажним комплексом, який містить підводну, надводну та авіаційну компоненти, удосконалено теорію керування та методи математичного моделювання безекіпажних морських систем з гнучкими зв'язками, синтезовано структури та закони керування системами автоматизованого керування автономним і груповим узгодженим рухом самохідних морських апаратів, створено та випробувано діючі зразки автономного та прив'язного підводних апаратів.

Автори роботи

І. Надточій
А. Войтасик
А. Надточій
А. Сірівчук
В. Корицький
В. Надточій
Г. Бабкін
Г. Грудініна
Д. Буссов
Д. Самойленко
Ж. Буруніна
Л. Алоба
М. Турти
О. Авдєєва
О. Блінцов
О. Клочков
П. Клименко
С. Блінцов
С. Волянський
Ч. Дик

Додано в НРАТ

2020-04-02