مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه مدل غیرخطی برای شناورهای زیرسطحی خودگردان و شناسایی مبتنی بر الگوریتم حداقل مربعات خطا

نویسندگان
1 استادیار، دانشکده مهندسی برق - کنترل، دانشگاه اصفهان
2 دانشیار، دانشکده مکانیک - کنترل، دانشگاه صنعتی اصفهان
3 دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، شاهین شهر ، اصفهان
چکیده
در این مقاله یک مدل غیرخطی برای شناورهای زیرسطحی خودگردان ارائه شده است. جهت بهبود توصیف عملکرد دینامیکی این شناورها، مدل دو زیرسیستم طولی و عرضی با در نظر گرفتن نیروها و گشتاورهای وارد بر سیستم استخراج می شود. مدل پیشنهادی تعمیم مدل خطی این شناورها در مانورهای عمق و سمت می باشد و برخی دینامیک های غیرخطی جهت توصیف دقیق تر عملکرد زیرسیستم ها در نظر گرفته شده است. پس از تعیین فرم معادلات دینامیکی سیستم، تخمین ضرایب مدل پیشنهادی بررسی می گردد. با توجه به مباحث کاربردی و بر اساس فرم معادلات سیستم، از روش حداقل مربعات خطا جهت تعیین ضرایب مدل استفاده می شود. در روند شناسایی، بدلیل دینامیک ناپایدار سیستم، امکان تحریک حلقه باز وجود ندارد. با توجه به نامعلوم بودن ضرایب مدل، کنترل کننده های PID جهت تنظیم ساده و بکارگیری در تست های عملی در حرکت سمت و عمق پیشنهاد شده اند و تحریک هر دو زیرسیستم با بکارگیری مانورهای معمول سینوسی در حلقه فیدبک صورت می گیرد. در ادامه نیز با بکارگیری فیلترهای دینامیکی بر سیگنال های قابل اندازه گیری نظیر سرعت های زاویه ای، شتاب های خطی و زوایای اویلر، از روش حداقل مربعات جهت تخمین ضرایب مدل استفاده شده است. در پایان، کارایی مدل غیرخطی پیشنهادی و الگوریتم حداقل مربعات خطا در شناسایی ضرایب مدل در ارتباط با ضرایب یک سیستم با پارامترهای هیدرودینامک مشخص مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده دقت مدل غیرخطی و عملکرد مناسب روش شناسایی را نشان می دهد
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Nonlinear Model for Autonomous Underwater Vehicle and Identification Based on Least Square Algorithm

نویسندگان English

Mohsen Ekramian 1
Mohammad Danesh 2
Ahmad Kamali 3
چکیده English

A nonlinear model for Autonomous Underwater Vehicles is proposed. In order to describe a more precise dynamic behavior, the nonlinear model for both Lateral and Longitudinal subsystems is derived based on all applied forces and moments. The proposed model can be explained as an extended linear model for AUV in depth and azimuth motions where some nonlinearities are taken into account. Due to some practical issues as well as the form of proposed model, the identification problem based on Least Square method is formulated to achieve the system parameters. By considering unstable dynamic of system, the open loop system cannot be excited. In this case, the PID regulators with simple tuning parameters are proposed in both Lateral and Longitudinal subsystems and the identification problem by utilizing sinusoidal inputs is followed within a feedback loop. Based on measurable variables i.e. linear moments, angular velocities and Euler angles, and utilizing some dynamic filters, the Least Square method is then applied to estimate the model parameters. The effectiveness of proposed nonlinear model as well as the parameter identification approach are finally demonstrated through some numerical simulations.

کلیدواژه‌ها English

Autonomous Underwater Vehicle (AUV)
Lateral and Longitudinal subsystems
PID Controller
nonlinear model identification
Least Square (LS) algorithm