Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГООБРАЗОВАНИЯ (АССОЦИАЦИЯ)

«КИСЛОВОДСКИЙ ГУМАНИТАРНО - ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Факультет Инженерный

Кафедра Систем автоматического управления

Направление Управление в технических системах

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

На тему:

Система управления подводным роботом

Белоусов Павел

Кисловодск 2018



ЗАДАНИЕ

по выпускной квалификационной работе студента

Белоусова Павла Олеговича

1. Тема работы:

Система управление подводным роботом

утверждена приказом по вузу №_____ «____» 2018г.

2. Срок сдачи студентом законченной работы «____» __________2018 г.

3. Исходные данные к системе: Уравнение изменения скорости подводного робота:

и передаточная функция по глубине погружения:

.

Синтезировать законы управления скоростью и процессом погружения подводного робота, обеспечивающие астатизм первого порядка по скорости и по глубине погружения. Разработать алгоритмы работы микроконтроллера для реализации синтезированных законов управления. Выбрать микроконтроллер для реализации разработанного устройства. Исследовать вопросы безопасности, экологичности и провести технико-экономическое обоснование системы управления роботом.

4. Содержание пояснительной записки:

1. Описание движений подводного робота

2. Синтез управлений движениями подводного робота

3. Моделирование синтезированных систем

4. Разработка технической реализации устройств управления

5. Безопасность и экологичность системы

6. Технико-экономическое обоснование системы

7. Заключение

9. Список используемых источников.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):

1. Система координат и модель подводного робота (слайд№ 1)

2. Синтез устройства скоростью подводного робота (слайд № 2)

3. Синтез устройства управления глубиной погружения подводного робота (слайд№ 3)

4. Алгоритм вычисления управляющих воздействий по каналу управления глубиной подводного робота (слайд № 4)

5. Микроконтроллерная реализация управления глубиной (слайд № 5)

6. Безопасность и экологичность (слайд № 6)

7. Технико-экономические показатели разработки (слайд № 7).

Дата выдачи задания



РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа содержит 100 страниц, 6 таблиц, 34 рисунка, список источников из 13 наименований.

Ключевые слова: подводный робот, движение, уравнение, погружение, система управления, себестоимость, экологичность.

Целью выпускной квалификационной работы является проектирование системы управления движением подводного робота. Для достижения этой цели в работе были решены следующие задачи: проведен анализ математической модели подводного робота; показана возможность достижения роботом заданной глубины в допустимых пределах; проведен синтез управлений как скоростью движения, так и погружением на заданную глубину; выбраны средства технической реализации устройств управления.

Решены задачи технико-экономического обоснования, а также безопасности и экологичности системы.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

• 1. Описание движений ПОДВОДНОГО РОБОТА

1.1 Система координат

1.2 Линейные уравнения движения подводного робота

2. СИНТЕЗ СИСТЕМ УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО РОБОТА

2.1 Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов (АКОР

2.2 Реализация оптимального управления полной информации о состоянии объекта

2.3 Метод АКОР в MATLAB

2.4 Управление глубиной погружения подводного робота

2.5 Применение метода АКОР к расчетам глубины подводного робота

2.6 Синтез системы управления скоростью робота

2.7 Применение метода АКОР к расчетам скорости подводного робота

3. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ ПОДВОДНОГО РОБОТА

3.1 Цифровая реализация регуляторов

3.2 Описание устройства управления на микроконтроллере

3.3 Характеристики микроконтроллера

3.4 Другие элементы системы управления

3.5 Работа системы управления

3.6 Вывод и обработка информации

3.7 Алгоритм вычисления управляющих воздействий

4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ СИСТЕМЫ

4.1 Анализ причины возникновения опасных и вредных факторов при проектировании систем

4.2 Меры по устранению причин опасных и вредных факторов при проектировании систем

4.3 Пожарная безопасность

4.4 Дерево отказов

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ

5.1 Маркетинговое исследование рыночных перспектив разработки

5.2 Выбор аналога

5.3 Расчет затрат на этапе проектирования

5.4 Сводные экономические показатели

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВЕДЕНИЕ

В настоящее время все более широкое распространение получают многоцелевые подводные роботы. Они представляют собой новый класс подводных робототехнических объектов, которые предназначены для выполнения специфических задач и характеризуются особенностями технологии, составом систем и функциональными свойствами. Проблемы, связанные с созданием и развитием подводных роботов (рис.1), многоплановы и во многих случаях не имеют пока законченных решений.

Системы, входящие в состав подводных роботов и судового оборудования, отличаются большим разнообразием по назначению и физическим принципам работы, что порождает достаточно жесткие и противоречивые требования к технологии производства и системной организации систем управления автономными подводными роботами.

Рисунок 1- Подводные роботы

Расширение функциональных возможностей подводных роботов связано также с решением в автоматическом режиме ряда новых инженерных задач. В первую очередь это задачи управления и навигации, ориентирования в подводном пространстве, сбора и накопления разнообразной целевой информации о среде и, наконец, обеспечения безопасности аппарата в штатных режимах и в особых ситуациях.

Основным разработчиком подводных роботов в Российской Федерации является Институт проблем морских технологий (ИПМТ, г. Владивосток), который имеет более чем 30-лений опыт создания и использования подводных роботов для исследования океана и выполнения, различных подводно-технических робот. Первым подводным роботом, разработанным в ИПМТ, был “Скат-гео”. В дальнейшем полученные при его создании результаты использовались при проведении различных теоретических исследований и практических разработок; публиковались в журнальных статьях , трудах международных конференций , в тематических сборниках “Подводные роботы и их системы” (1987-1995) и “Морские технологии” (1996-2003), коллективной монографии “Автономные необитаемые подводные аппараты” (2000, издательство ”Дальнаука”).

Рисунок 1.2-А. "Crabster" Рисунок 1.3-Б робот типа "Галтель- Алеврит"

В настоящее время подводная робототехника стремительно развивается на основе новых компьютерных и информационных технологий, достижениями могут являться роботы на (Рис 1.2.А и Рис 1.3.Б) используемые в области океанических исследований. К числу наиболее актуальных сфер, применения современных подводных роботов можно отнести следующие:

· обзорно-поисковые работы, включая поиск и обследование затонувших объектов, инспекцию подводных сооружений и коммуникаций (трубопроводов, водоводов, кабелей);

· геологоразведочные работы, включающие топографическую и фото-видеосъемку морского дна, акустическое профилирование и картографирование рельефа;

· подлёдные работы, в том числе прокладка кабеля на арктическом дне, обслуживание систем наблюдения и освещения подледной обстановки;

· океанографические исследования, мониторинг водной среды;

· работы военного назначения, включающие, в частности, противолодочную разведку, патрулирование, обеспечение безопасности объектов военной техники, поиск и обезвреживание мин.

При создании глубоководных автономных подводных роботов стремление уменьшить массу и размеры приводит к росту числа индивидуальных разработок отдельных приборов и устройств. Связано это с тем, что серийная аппаратура зачастую не может быть применена в качестве комплектующих элементов автономного подводного аппарата из-за неприемлемых масс и габаритов. Кроме того, обычной является ситуация, когда необходимая серийная продукция вообще отсутствует, а комплектующие изделия доступны только в виде недостаточно совершенных и дорогостоящих экспериментальных образцов. Другая особенность подводных роботов связана с необходимостью выбора компромиссных решений между универсальностью и специализацией, причем во многих случаях грань, их разделяющая, достаточно размыта. Универсальность подводных роботов может быть реализована двумя различными подходами в зависимости от целей, которые при этом преследуются.

Современные подводные роботы способны выполнять довольно разнообразные обзорно-поисковые и обследование затонувших объектов и искусственных сооружений, геологоразведку и картографирование дна. Задача поиска и обследования решается обычно в несколько этапов, в сценарий которых включатся:

· организация навигационного обеспечения (систем гидроакустической и спутниковой навигации), подготовка систем судового комплекса;

· предварительный обзор района поиска путем крупномасштабной съемки дна с помощью гидролокаторов бокового обзора (ГБО) и нанесение целей для детального обследования;

· выход подводного аппарата на объект поиска (заданную цель) и выполнение обследовательских действий в ближней зоне с использованием фотоё телевизионных систем и высокоразрешающих акустических систем, решающих сканирующих гидролокаторов;

· общее освещение подводной обстановки в районе работ, обработка и документирование полученной информации.

Наиболее эффективно подводные роботы могут быть использованы для экологического мониторинга среды в придонных слоях, включая оценку гидрохимического состояния воды по параметрам, определяемым с помощью датчиков, и характеризующим состояние экосистемы: содержание кислорода, соленость, pH, температуру, электропроводность, мутность воды, концентрация хлорофилла. Параллельно для контроля и расширения круга исследуемых параметров специальными кассетными пробоотборниками берутся пробы воды и грунта и исследуются в лабораторных условиях. Для оценки качественного состояния и плотности поселения макробентоса проводится экспертный анализ биоты по фотографиям и видеосъемкам дна. Затем проводится анализ и картографирование полученных данных в

геоинформационной системе по всей акватории.

Развитие структуры и методов управления пространственным движением подводного робота относится к числу проблем, от решения которых зависят функциональные свойства подводных автономных аппаратов, т.е. их способность самостоятельно выполнять те или иные задачи. Наряду с обобщением “традиционных” задач и методов управления актуальными являются постановка и решение поведенческих задач, связанных с поиском и детальным обследованием (инспекцией) объектов в придонном пространстве, ориентированием в среде при осуществлении целенаправленных протяженных маршрутов, выполнением прецизионных измерений параметров физических полей.

Общая постановка проблемы приводит к необходимости построения многозадачной структуры системы управления движением, осуществляющей функции формирования программ заданий и планирования поведения, отображения информации о среде и векторе состояния, оценки ситуаций и организации пространственных траекторий для различных режимов управления.

В зависимости от характера и степени сложности задач, решаемых с помощью подводного робота, можно выделить следующий класс управлений и соответствующих им пространственных движений:

· формирование планомерной или корректируемой сети траекторий при поиске и обследовании областей, объектов и физических полей;

· выбор трассы в условиях сложного рельефа дна при целенаправленном поиске с выходом аппарата в заданный район;

· маневрирование в ограниченной области или позиционирование в точке при детальном обследовании объектов;

· пространственное движение с выработкой ориентиров по изменчивости измеряемых параметров среды.

· адаптивная коррекция параметров системы управления при изменении миссий аппарата и состояния среды.

Социальная значимость проекта. Регуляторы, обеспечивающие устойчивость и заданные показатели качества, имеют очевидное преимущество над регуляторами других типов. В них не происходит перестройки системы при небольших изменениях параметров и при этом система не теряет устойчивость. Благодаря этому существенно упрощаются процессы разработки, конструирования, установки и эксплуатации таких регуляторов, что значительно упрощает труд инженеров-разработчиков, а также других сотрудников, вовлеченных в процесс управления.

Благодаря тому, что регуляторы обеспечивают устойчивость систем, сфера применения таких регуляторов чрезвычайно широка. В данной работе произведено построение регулятора, обеспечивающего устойчивость и заданные показатели качества, а также исследованы его основные характеристики и свойства.

Практически любая система функционирует в сложных условиях, обусловленных различными факторами. Исходя из этого, возможность построения регулятора и, как следствие, системы, обеспечивающей устойчивость и заданные показатели качества, существенно облегчает труд инженеров и других лиц. Сюда относятся специалисты, занимающиеся разработкой регуляторов и специалисты, в чью компетенцию входит установка, отладка и обслуживание систем автоматического управления. Квалифицированные рабочие, имеющие дело с регуляторами на производстве, а также сотрудники, отвечающие за контроль над процессом производства. В свою очередь, все это вместе взятое, сокращает время, затрачиваемое непосредственно на управление роботом, позволяет повысить эффективность исследований морских акваторий, обеспечить более высокую комфортность жизни и труда людей.

Технологически-конструктивная универсальность созданного регулятора также позволяет обеспечить высокую надежность подводного робота и длительный срок его службы, в связи с чем снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций, при проведении исследований.

Как следствие, исследования, касающиеся построения высокоэффективных подводных роботов и систем управления для них, в современных условиях чрезвычайно важны и востребованы не только с технической, но и с социальной точки зрения.

1. Описание движений ПОДВОДНОГО РОБОТА

1.1 Системы координат

Движение подводного робота, как движение твёрдого тела, происходит в вязкой пространственной среде. Для описания этого движения обычно используются несколько систем координат. Первая из них - земная, неподвижная система координат OXYZ показана на рис. 2.1. Её начало - точка О располагается на поверхности моря, а плоскость XOZ является горизонтальной. Ось OX обычно направлена на север, а ось OZ - на восток.

Рисунок. 1.3Неподвижная система координат подводного робота

С целью получения более простых уравнений, проводится разделение сложных пространственных движений подводного робота на движения в вертикальной плоскости и движения в горизонтальной плоскости. В связи с этим вводятся еще две системы координат. Одна из них используется для описания движения подводного робота в вертикальной плоскости, а другая - в горизонтальной.

Рассмотрим подробнее указанные системы координат, которые используются при описании движений подводного робота. На рис. 1.4 показаны система координат и силы, действующие на подводный робот в вертикальной плоскости.

Рисунок 1.4 - Силы, действующие на подводный робот в вертикальной плоскости

При этом ось OX совпадает с поверхностью моря, а значение координаты Y соответствует глубине плавания подводной робота, взятой со знаком минус.

Рисунок 1.5 - Силы, действующие на подводный робот в горизонтальной плоскости

На рис. 1.2 и рис. 2.3 обозначено: OX, ОY и ОZ - оси неподвижной (земной) системы координат;

Axyz - скоростная система координат. Её ось Ax направлена по линейной скорости V подводной работы Ax₁y₁z₁ - связанная с подводным роботом система координат (её ось Ax₁ направлена по продольной оси симметрии подводного робота из кормы в нос).

При возникновении крена или дифферента подводного робота на него начинают действовать восстанавливающие моменты по крену и по дифференту:

, , (1.1)

где - объём подводного робота;

- метацентрическая высота;

- удельная плотность воды;

- угол крена;

- угол дифферента (дифферент подводного робота);

на рис. 1.3 - угол курса (курс) подводного робота.

Скоростная и связанная системы координат связаны соотношениями:

(1.2)

(1.3)

здесь - угол атаки; - угол дрейфа подводного робота.

Так как начало координат систем, показанных на рис.2.2 и рис.2.3, (точки О и А) совпадают, то из первых уравнений (1.2) и (1.3) следует соотношение, которое должно выполняться при всех возможных ситуациях, в которых может оказаться подводный робот в соответствии с моделируемым режимом его движения:

. (1.4)

Основной целью данной работы является синтез регуляторов для автоматического управления движениями подводного робота при отсутствии крена, поэтому в дальнейшем величины: , а также угол крена в (1.4) будут считаться нулевыми, т.е. и .

1.2 Линейные уравнения движения подводного робота

При исследовании движений подводного робота с малыми углами атаки б и дрейфа в, которые характерны для подводного робота, часто используются линейные уравнения. При этом изменения скорости описывается уравнением следующего вида:

, (1.5)

где - линейная часть удельного сопротивления продольному движению подводного робота;

- управление скоростью подводного робота,

- возмущение отражающее нелинейный характер зависимости гидродинамического сопротивления движению подводного робота от скорости, причем ; , , - постоянные коэффициенты.

Линейные уравнения движения подводного робота в вертикальной плоскости согласно [1] имеют вид:

(1.6)

Где A - матрица,

b, h- векторы коэффициентов;

- управляющее воздействие, причем

, , . (1.7)

Здесь - вектор состояния;

причем - рассогласование по глубине ();

- угол атаки (б);

- дифферент (угол );

- угловая скорость изменения дифферента ; - возмущение.

Координаты подводного робота в земной системе координат связаны с переменными , системы (1.6) дифференциальными уравнениями

, . (1.8)

Линейные уравнения движения подводного робота в горизонтальной плоскости [1] записываются следующим образом

(1.9)

где, , - матрица, а , - векторы коэффициентов, причем

, , . (1.10)

В этих выражениях - угол дрейфа (); - курс (угол ); - угловая скорость изменения курса подводного робота; - относительное управляющее воздействие.

Обычно значения параметров, как функций скорости движения подводного робота или как постоянных коэффициентов определяются, в зависимости от целей исследования, опытным путём и являются известными для каждого конкретного подводного робота.

Соотношения (1.6) - (1.10) используются в данной работе для синтеза систем управления маневрами подводного робота, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Перейдем непосредственно к синтезу систем управления скоростью подводного робота, и процессом погружения его на заданную глубину.



2. СИНТЕЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ ПОДВОДНОГО РОБОТА

2.1 Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов (АКОР)

АКОР - представляет собой выбор оптимальных коэффициентов усиления для линейной стационарной системы по квадратичному критерию качества. В основе метода АКОР лежит применение теоремы Ляпунова об устойчивости для линейных систем, удовлетворяющих условию положительной определенной квадратичной форме при отрицательном значении ее производной. Задачей АКОР называется задача определения оптимального управления для линейного объекта (2.1)

, (2.1)

произвольного порядка с несколькими управлениями, таким образом, чтобы функционал качества имел минимальное значение.

(2.2)

Коэффициенты матриц и R в функционале (2.2) назначаются в соответствии с желаемым качеством процесса управления. При этом матрица должна быть, по крайней мере, положительно полуопределенной, т.е. . Матрица имеет размер , где - число управлений, причем эта матрица обязательно должна быть положительно определенной, т.е. .

Задач определения управления оптимального в смысле минимума квадратичного (2.2) была решена 60-х годах ХХ века А.М. Летовым. Одновременно эту же задачу решил и Р. Калман. Поэтому в англоязычной литературе она называется - линейная задача квадратичной оптимизации, а в русскоязычной литературе - задачей аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР). Калман установил, что оптимальное управление является управлением по состоянию и определяется выражением

(2.3)

где - симметричная положительно определенная - матрица, которая определяется решением уравнения

(2.4)

Уравнение (2.4) называется уравнение Риккати. Это уравнение имеет решение только в том случае, если объект (2.1) является полностью управляемым, т.е. если

(2.5)

Таким образом, для определения оптимального управления, минимизирующего функционала (2.2) при объекте управления (2.1), необходимо, прежде всего, проверить выполняется ли условие (2.5). Если оно не выполняется, то задача синтеза оптимального управления для такого объекта решения не имеет.

Если условие (2.5) выполняется, то в результате решения уравнение Риккати (2.4) находится матрица P и подставляется в равенство (2.3). Обычно уравнение Риккати решается с помощью ПЭВМ с использованием специальных подпрограмм. Например, в системеMatlab это программа ARE (Algebraic Riccati Equation).

Однако можно использовать программу, которая сразу вычисляет коэффициенты матрицы K оптимального уравнения (2.3).

Как отмечалось выше, система автоматического управления обычно имеют задающие воздействие, представляемые вектором g, а управление

, (2.6)

. (2.7)

являются уравнениями в отклонениях. Поэтому оптимальное уравнение (2.3) чаще всего используется в виде

. (2.8)

К сожалению, в настоящее время неизвестны соотношения, которые связывали бы такие свойства оптимальной системы (2.6), (2.8) как быстродействие, колебательность и перерегулирование с коэффициентами матриц Q и R квадратичного критерия (2.2). Поэтому значения коэффициентов этих матриц, при которых система оптимального управления имеет приемлемые значения прямых показателей качества , и , выбираются методом последовательного приближения.

2.2 Реализация оптимального управления полной информации о состоянии объекта

Второй особенностью оптимального управления (2.8) является то, что оно является управлением по состоянию и воздействию. Поэтому его можно реализовать, если только переменные состояния объекта управления (ОУ) доступны измерению. Схема реализации скалярного управления (2.8) в этом случае показаны на рис. 2.1. В данной ситуации говорят, что имеется полная информация о векторе состояния.

Рисунок 2 - Реализация оптимального управления

Как видно их схемы на рис.2, здесь используются измерительных преобразователей (датчиков), каждый из которых измеряет одну переменную состояния. Выходные сигналы этих датчиков (точки на рис2) умножаются на соответствующие коэффициенты с помощью электронных усилителей или ЭВМ, а затем их сумма вычитывается из сигнала, пропорционального задающему воздействию g. При этом на выходе вычитающего устройства получается собственно управление по состоянию и воздействиям.

2.3 Метод АКОР в Matlab

Впервые задача аналитического конструирования регуляторов (АКОР) решена А.М. Летовым в1960 г. В зарубежных источниках задача АКОР называется задачей линейно-квадратичного управления, или оптимизации. Исходная постановка задачи формулируется следующим образом: для объекта управления, движение которого в первом приближении описывается уравнением

, (2.9)



где A и B - заданные матрицы n*n и n*m соответственно, найти матрицу с размером m*n для уравнения регулятора

(2.10)

Такую чтобы на асимптотически устойчивых движениях системы, задаваемой уравнениями (2.9) и (2.10), создаваемыми произвольными начальными склонениями, минимизировать интегральный квадратичный критерий

(2.11)

где Q - заданная положительно определенная матрица размером n*n.

Доказательство единственности и существовании управления (2.10) осуществляется в рамках теории оптимального управления и нами рассматриваться не будет.

Рассмотрим процедуру АКОР, которая состоит из последующих операций:

1. Составляется векторно-матричное алгебраическое уравнение Риккати

2. Осуществляется его решение, т.е определяются неизвестные коэффициенты матрицы P.

3. Вычисляется матрица С по формуле

Отметим подобие законов управления при модальном и линейно-квадратичном управлении. Однако в первом случае искомая матрица С обеспечивает заранее заданное расположение корней характеристического уравнения, а во втором случае подобная ей матрица обеспечивает минимум интегрального квадратичного критерия (2.11). Недостатком обоих методов следует считать значительное снижение качества управления при неточной настройке регуляторов, что значительно снижает область их применения. Этот недостаток отсутствует у грубых и робастных систем.

2.4 Управление глубиной погружения подводного робота

Процесс управления глубиной погружения подводного робота, согласно [1] описывается линейными уравнениями в переменных состояния (1.6), (1.7). Предположим, при некоторых значениях параметров подводного робота эти уравнения имеют [1] следующий вид:

Необходимо синтезировать регулятор для управления глубиной погружения подводного робота, так чтобы обеспечивался астатизм первого порядка к заданной глубине, переходной процесс был без перерегулирования, а длительность - не более 6 с. Степень устойчивости не хуже 0,3 при

Для решения задачи аналитическим методом синтеза регулятора, обеспечивающего первый порядок астатизма, прежде всего, с помощью функции ss2tf пакета MATLAB получим передаточную функцию заданного подводного робота по управлению:

. (2.12)

Таким образом, в данном случае многочлены из уравнения (2.1) при имеют вид:

,

.

С целью проверки условий разрешимости поставленной задачи синтеза, эти многочлены представим следующим образом:

,

.

Судя по этим многочленам, канал управления глубиной погружения подводного робота, как объект управления, является полным, многочлен , следовательно, задача синтеза указанного регулятора имеет решение.

Так как по заданию степень устойчивости должна быть не хуже 0,3, то область определим условием: . В результате факторизации многочленов и относительно этой области найдем многочлены:

, , , (2.13)

, . (2.14)



В данном случае многочлен , а так как , по формуле (2.9) найдем , а по (2.10) получим, что многочлен .

Далее находим:

;

;;

;

.

Следовательно, согласно (2.13) и (2.16) многочлены

,

,

.

Итак, для решения задачи синтеза необходимо выбрать стандартную передаточную функцию по данным: ; и .

Этим данным согласно [3] удовлетворяет передаточная функция со стандартными коэффициентами: , , , , , , причем .

Для обеспечения требуемого времени регулирования вычисляется значение временного масштабного коэффициента . Желаемые коэффициенты многочлена определяются по формуле (2.15) при .

Подстановка в (2.15) численных значений даёт:

,

,

,

,

,

.

Система алгебраических уравнений типа (2.17) для определения коэффициентов многочленов и в данном случае имеет вид:

.

Решение этой системы позволяет записать многочлены:

,

. (2.15)

Представляя многочлен в соответствии с выражением (2.11), найдем, что многочлен , а , так как . Поэтому согласно (2.12) в данном случае многочлен определяется выражением:

. (2.16)

Таким образом, все многочлены уравнения «вход-выход» регулятор определены, что позволяет записать его уравнение с учетом (2.1) - (2.1) по выражению (2.13), так как в данном случае измеряется отклонение и управляемая переменная - глубина погружения подводной роботе. Здесь - заданное значение глубины погружения подводной роботе. В результате получим

.

С использованием передаточных функций это уравнение регулятора с векторным входом принимает вид:

. (2.17)

Перемножая многочлены в этом уравнении, получим

. (2.18)

Применяя к этому уравнению соотношения (2.13), (2.12) и (2.9), найдем уравнения в переменных состояния искомого регулятор для управления глубиной погружения подводной роботе

(2.19)

(2.20)

По этим уравнениям разрабатывается схема реализации данного регулятора. Соответствующая процедура и схема регулятора, построенного на микроконтроллере, приведена ниже.

Для проверки корректности найденного уравнения регулятор, сначала исключим из уравнения (2.55) отклонение . В результате будем иметь

или

.

Полученное выражение для управления подставим в уравнение рассматриваемого подводного робота. С учетом выражения (2.50), после перемножения многочленов, получим уравнение

или, приводя подобные члены,

Отсюда следует уравнение «вход-выход» замкнутой системы управления процессом погружения подводного робота на заданную глубину с найденным регулятором:

.(2.5)

Передаточная функция замкнутой системы управления погружением подводного робота на заданную глубину, вытекающая из уравнения (2.5), фактически, имеет вид

.



По этой передаточной функции замкнутой системы с найденным регулятором с помощью MATLAB получена переходная функция, приведенная на рис. 2.5.

Для более полного исследования свойств синтезированной системы проведено моделирование ситуации, когда одновременно с изменением заданной глубины погружения, возникает постоянное возмущение на подводной робот, т.е. при , . Графики задающего воздействия и реакции системы, соответствующие этому случаю, приведены на рис. 2.6.

Рисунок.2.1- Переходная функция астатической системы управления глубиной погружения подводной робот

Как видно, и при наличии постоянного возмущения ошибка системы остается нулевой.



Рисунок 2.2- Изменение глубины подводный робот при ,

График изменения управления, формируемого в синтезированной системе управления подводным роботом при действии указанных воздействий, приведен на рис. 2.2. Возмущающее воздействие в данном случае возникает через 15 секунд, после включения системы, поэтому и управление, компенсирующее влияние этого возмущения, возникает тоже начиная с 15-й секунды.

На рис 3.4 приведена реакция системы управления глубиной погружения робота при постоянном задающем воздействии и линейном возмущении. Ошибка системы управления и в этом случае равна нулю, что свидетельствует о том, что синтезированная система имеет второй порядке астатизма к возмущению. На рис. 3.4 приведен график изменения управлении, формируемого в системе при этих воздействиях.



Рисунок. 2.3- График управления при ,

Как видно из графиков на рис. 2.2 и рис. 2.3 во всех рассмотренных случаях управление не превышает 0,15, а в установившемся режиме - равно нулю.



Рисунок.2.4 - Изменение глубины подводный робот при , .

Рисунок.2.5 - График управления при , .

В соответствии с графиками, приведенными на рис.2- рис. 2.5, можно заключить, что синтезированная в соответствии с заданием система управления погружением подводного робота обеспечивает требуемое качество автоматического управления глубиной погружения подводного робота.

2.5 Применение метода АКОР к расчетам глубины подводного робота

Приведем числовые значения параметров регулятора и системы управления, соответствующие различным значениям коэффициентов матрицы Q функционала качества

Пусть q11 = 1, q22 = 1

A =

0 2.0000 -2.0000 0

0 -0.5000 0 -0.6920

0 0 0 1.0000

0 0.0700 0 -0.0011

>> B = [0 1.2 0 -0.62]'

B =

0

1.2000

0

-0.6200

>> C=[1 0 0 0]

C =

1 0 0 0

>> D=0

Q=[1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1]

D =

0

Q =

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

>> R=0.1

Nc=[0 0 0 0]'

R =

0.1000

Nc =

0

0

0

0

>> Zc=[1 0 0 0; 0 2 0 0; 0 0 4 0;0 0 0 0]

Zc =

1 0 0 0

0 2 0 0

0 0 4 0

0 0 0

>> T=0.2

T =

0.2000

>> W=[Q Nc;Nc' R]

W

1.0000 0 0 0 0

0 1.0000 0 0 0

0 0 1.0000 0 0

0 0 0 1.0000 0

0 0 0 0 0.1000

>> V=[Zc Nc;Nc' T]

V =

1.0000 0 0 0 0

0 2.0000 0 0 0

0 0 4.0000 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0.2000

>> [af,bf, cf,df]=lqg(A,B,C,D,W,V)

af

-5.1991 2.0000 -2.0000 0

-4.5621 -5.2869 5.6719 1.9039

4.7404 0 0 1.0000

2.2265 2.5432 -2.9305 -1.3423

bf =

5.1991

0.7674

-4.7404

-0.2659

cf =

3.1623 3.9891 -4.7266 -2.1632

df =

0

>> L=[A-B*df*C B*cf; -bf*C af]

M=[C 0 0 0 0]

B2=[B' B']'

glyb=ss(L,B2,M,D)

step(glyb)

L =

0 2.0000 -2.0000 0 0 0 0 0

0 -0.5000 0 -0.6920 3.7947 4.7869 -5.6719 -2.5959

0 0 0 1.0000 0 0 0 0

0 0.0700 0 -0.0011 -1.9606 -2.4732 2.9305 1.3412

-5.1991 0 0 0 -5.1991 2.0000 -2.0000 0

-0.7674 0 0 0 -4.5621 -5.2869 5.6719 1.9039

4.7404 0 0 0 4.7404 0 0 1.0000

0.2659 0 0 0 2.2265 2.5432 -2.9305 -1.3423

M =

1 0 0 0 0 0 0 0

B2 =

0

1.2000

0

-0.6200

0

1.2000

0

-0.6200

glyb =

A =

x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8

x1 0 2 -2 0 0 0 0 0

x2 0 -0.5 0 -0.692 3.795 4.787 -5.672 -2.596

x3 0 0 0 1 0 0 0 0

x4 0 0.07 0 -0.0011 -1.961 -2.473 2.93 1.341

x5 -5.199 0 0 0 -5.199 2 -2 0

x6 -0.7674 0 0 0 -4.562 -5.287 5.672 1.904

x7 4.74 0 0 0 4.74 0 0 1

x8 0.2659 0 0 0 2.226 2.543 -2.93 -1.342

B =

u1

x1 0

x2 1.2

x3 0

x4 -0.62

x5 0

x6 1.2

x7 0

x8 -0.62

C =

x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8

y1 1 0 0 0 0 0 0 0

D =

u1

y1 0

Рисунок 2.6 - переходной процесс по глубине погружения робота

Положим q11 = 20, q22 = 1

А=

0 2.0000 -2.0000 0

0 -0.5000 0 -0.6920

0 0 0 1.0000

0 0.0700 0 -0.0011

B =

0

1.2000

0

-0.6200

C =

1 0 0 0

D =

0

Q =

20 0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

>> R=0.1

Nc=[0 0 0 0]'

Zc=[1 0 0 0; 0 2 0 0; 0 0 4 0;0 0 0 0]

T=0.2

R =

0.1000

Nc =

0

0

0

0

Zc

1 0 0 0

0 2 0 0

0 0 4 0

0 0 0 0

T =

0.2000

>> W=[Q Nc;Nc' R]

W =

20.0000 0 0 0 0

0 1.0000 0 0 0

0 0 1.0000 0 0

0 0 0 1.0000 0

0 0 0 0 0.1000

>> V=[Zc Nc;Nc' T]

V =

1.0000 0 0 0 0

0 2.0000 0 0 0

0 0 4.0000 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0.2000

>> [af,bf, cf,df]=lqg(A,B,C,D,W,V)

af =

-5.1991 2.0000 -2.0000 0

-17.7379 -9.1402 9.2441 1.2444

4.7404 0 0 1.0000

9.0340 4.5341 -4.7761 -1.00

bf =

5.1991

0.7674

-4.7404

-0.2659

cf =

14.1421 7.2002 -7.7034 -1.6137

df =

0

>> M=[C 0 0 0 0]

M =

1 0 0 0 0 0 0 0

>> B2=[B' B']'

B2 =

0

1.2000

0

-0.6200

0

1.2000

0

-0.6200

>> glyb=ss(L,B2,M,D)

glyb =

A =

x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8

x1 0 2 -2 0 0 0 0 0

x2 0 -0.5 0 -0.692 3.795 4.787 -5.672 -2.596

x3 0 0 0 1 0 0 0 0

x4 0 0.07 0 -0.0011 -1.961 -2.473 2.93 1.341

x5 -5.199 0 0 0 -5.199 2 -2 0

x6 -0.7674 0 0 0 -4.562 -5.287 5.672 1.904

x7 4.74 0 0 0 4.74 0 0 1

x8 0.2659 0 0 0 2.226 2.543 -2.93 -1.342

B =

u1

x1 0

x2 1.2

x3 0

x4 -0.62

x5 0

x6 1.2

x7 0

x8 -0.62

C =

x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8

y1 1 0 0 0 0 0 0 0

D =

u1

y1 0

Continuous-time state-space model

>> step(glyb)

Рисунок 2.7 - Переходный процесс при q11=20



Так как при увеличении q11 длительность переходного процесса увеличивается, то для получения быстродействующей системы управления положим q11 = 0.02, q22 =1

2.6 Синтез системы управления скоростью робота

Вовремя выполнение своих миссий подводный робот должен двигаться с различными заданными скоростями. Значительные отклонения скорости от заданного значения приводит к ухудшению условий работы приборов, установленных на подводном роботе [1, 7]. Таким образом, возникает задача синтеза системы для управления скоростью подводного робота и поддержания ее заданного значения. Для решения этой задачи в данной работе применяется аналитический метод синтеза.

Для синтеза системы управления, обеспечивающей управление скоростью подводного робота, в данной работе используется упрощенная математическая модель [1] изменения его скорости, которая, как показано выше, имеет вид:

, (2.11)

Здесь - возмущение, которое отражает нелинейный характер зависимости гидродинамического сопротивления движению подводного робота. Решение данной задачи синтеза системы управления проведено при следующих значениях параметров [1]:

, , .

Тогда уравнение (2.11) запишется следующим образом:

. (2.12)



Поставим задачу синтезировать регулятор с относительным порядком , который обеспечивает второй порядок астатизма к задающему воздействию и возмущению, т.е. ; длительность переходного процесса по задающему воздействию не более , и перерегулирование не более 10%. Измеряется отклонение скорости подводного робота от заданного значения и скорость подводного робота. Возмущение не измеряется, т.е. .

Для решения задачи синтеза воспользуемся изложенным выше аналитическим методом синтеза по заданным порядкам астатизма и показателям качества в переходном режиме. Выполняя его первый этап, находим, что в соответствии с уравнением (2.1) и выражениями (2.1) соответствующие многочлены объекта (2.12) имеют вид:

,

, , (2.13)

, ,

, . (2.14)

В данном случае многочлен , а по формулам (2.5) и (2.6) , т.е. многочлен . Далее находим: ;

;

;

;

.

Следовательно, многочлены:

,

,

.

Таким образом, для решения задачи синтеза необходимо выбрать стандартную ПФ по следующим данным: ; и .

Этим данным согласно удовлетворяет передаточная функция со стандартными коэффициентами: , , , , причем .

Для обеспечения требуемой длительности переходного процесса вычисляется по формуле (2.9) значение временного масштабного коэффициента . Желаемые коэффициенты многочлена определяются по формуле (3.15) при . Подстановка в (2.15) численных значений даёт: , , , .

Система алгебраических уравнений для определения коэффициентов многочленов и в данном случае имеет вид:

.

Решение этой системы позволяет записать многочлены:

, .



Представляя многочлен в соответствии с выражением (2.11), найдем, что многочлен , а многочлен , так как . Поэтому согласно (2.12) в данном случае многочлен определяется выражением:

.

Таким образом, все многочлены уравнения регулятора определены, что позволяет записать уравнение регулятора для случая, когда измеряется отклонение и скорость подводного робота. В результате получим

. (2.15)

где ,

- предписанное (заданное) значение скорости подводного робота.

С использованием передаточных функций уравнение (2.15) записывается следующим образом:

Далее, переходя в этом выражении к уравнениям в переменных состояния, получим следующие уравнения:

, (2.16)

Проверку соответствия полученного регулятора (2.16) предъявленным требованиям проведём по передаточной функции замкнутой системы, вытекающей из уравнений (2.12) и (2.15). Исключая из указанных уравнений отклонение и управление, получим следующие передаточные функции замкнутой системы управления скоростью подводного робота:

. (2.17)

. (2.18)

По передаточной функции (2.17) построена с помощью MATLAB переходная функция синтезированной системы управления скоростью подводного робота. Её график приведен на рис. 2.1. Эта функция наглядно свидетельствует об устойчивости синтезированной системы управления скоростью подводного робота. При этом время регулирования равно 6 с, а перерегулирование - 10 %. Эти показатели соответствуют требуемым значениям.

Рисунок.2.8 - Переходная функция системы управления скоростью



На рис. 2.8 приведены график линейного задающего воздействия , и график выходной переменной V(t), т.е. график реакции синтезированной системы на это линейное воздействие.

Эти графики свидетельствуют, что синтезированная система управления скоростью подводного робота, действительно, имеет второй порядок астатизма по задающему воздействию, так как ошибка отработки линейного изменения значений предписанной скорости, очевидно, равна нулю.

Рисунок. 2.9 - Реакция системы на линейное задающее воздействие

Чтобы оценить характер изменения управления при действии на подводный робот линейных воздействий, проведено моделирование процесса управления скоростью робота при и возмущении .

Соответствующие графики изменения заданных значений скорости и действительной скорости приведены на рис. 2.3, а график изменения соответствующего управления приведен на рис. 2.4.



Рис. 2.10 - Графики изменения скорости и при .

Рисунок. 2.11 - График изменения управления при и .



Как видно из приведенных графиков, управление в установившемся режиме практически пропорционально заданному значению скорости подводного робота, что вполне естественно, учитывая линейный характер рассматриваемых моделей подводных роботов. В тоже время в переходном режиме управление изменяется по другому закону, что также вполне естественно.

Таким образом, синтезированная в соответствии с заданием система управления скоростью подводного робота обеспечивает требуемое качество автоматического управления скоростью подводного робота.

2.7 Применение метода АКОР к расчетам скорости подводного робота

Приведем числовые значения параметров регулятора и системы управления, соответствующие различным значениям коэффициентов матрицы Q функционала качества

Положим q11=1 q22=0

A= [0 0;1 0]

A =

0 0

1 0

>> B= [17.78 3.92]'

B =

17.7800

3.9200

>> C= [0 1]

C =

0 1

>> D=-10.1757

D =

-10.1757

>> Q= [1 0;0 1]

Q =

1 0

0 1

>> R=0.1

R =

0.1000

>> Zc= [1 0;0 2]

Zc =

1 0

0 2

>> Nc= [0 0]'

Nc =

0

0

>> T=0.2

T =

0.2000

>> W= [Q Nc;Nc' R]

W =

1.0000 0 0

0 1.0000 0

0 0 0.1000

>> V= [Zc Nc;Nc' T]

V =

1.0000 0 0

0 2.0000 0

0 0 0.2000

>> [af,bf,cf,df]=lqg(A,B,C,D,W,V)

af =

-105.2046 -130.4144

-109.6476 -138.6142

bf =

2.2361

3.8042

cf =

2.5955 3.1623

df =

0

>> L= [A-B*df*C B*cf; -bf*C af]

L =

0 0 46.1479 56.2253

1.0000 0 10.1743 12.3961

0 -2.2361 -105.2046 -130.4144

0 -3.8042 -109.6476 -138.6142

>> M= [C 0 0]

M =

0 1 0 0

B2= [B' B']'

B2 =

17.7800

3.9200

17.7800

3.9200

>> ckor=ss (L, B2, M, D)

step(ckor)

ckor =

A =

x1 x2 x3 x4

x1 0 0 46.15 56.23

x2 1 0 10.17 12.4

x3 0 -2.236 -105.2-130.4

x4 0 -3.804 -109.6-138.6

B =

u1

x1 17.78

x2 3.92

x3 17.78

x4 3.92

C =

x1 x2 x3 x4

y1 0 1 0 0

D =

u1

y1 -10.18

Рисунок 2.12 - График скорости подводного при q11=1 q22=0

Положим q11= 10 q22=1

A= [0 0;1 0]

A =

0 0

1 0

>> B= [17.78 3.92]'

B =

17.7800

3.9200

>> C= [0 1]

C =

0 1

>> D=-10.1757

D

-10.1757

>> Q= [10 0;0 1]

Q =

10 0

0 1

>> R=0.1

R =

0.1000

>> Zc= [1 0;0 2]

Zc =

1 0

0 2

>> Nc= [0 0]'

Nc

0

0

>> T=0.2

T =

0.2000

>> W= [Q Nc;Nc' R

W =

10.0000 0 0

0 1.0000 0

0 0 0.1000

>> V= [Zc Nc;Nc' T]

V =

1.0000 0 0

0 2.0000 0

0 0 0.200

>> [af,bf,cf,df]=lqg(A,B,C,D,W,V)

af =

-378.7782 -130.4144

-397.3753 -138.6142

bf =

2.2361

3.8042

cf =

9.3448 3.1623

df =

0

>> L= [A-B*df*C B*cf; -bf*C af]

L =

0 0 166.1507 56.2253

1.0000 0 36.6316 12.3961

0 -2.2361 -378.7782 -130.4144

0 -3.8042 -397.3753 -138.6142

>> M= [C 0 0]

M =

0 1 0 0

>> B2= [B' B']'

B2

17.7800

3.9200

17.7800

3.9200

>> ckor=ss (L, B2, M, D)

ckor =

A =

x1 x2 x3 x4

x1 0 0 166.2 56.23

x2 1 0 36.63 12.4

x3 0 -2.236 -378.8 -130.4

x4 0-3.804 -397.4 -138.6

B =

u1

x1 17.78

x2 3.92

x3 17.78

x4 3.92

C =

x1 x2 x3 x4

y1 0 1 0 0

D =

u1

y1 -10.18



Рисунок 2.13 - График скорости подводного робота при увеличении коэффициента q1.

На рис 2.12. Можно заметить, что время перерегулирования уменьшилось. Это происходит за счет изменения коэффициента q1. В данном случае мы увеличиваем коэффициент q1, что приводит к более плавному процессу.

A =

0 0

1

>> B= [17.78 3.92]'

B

17.7800

3.9200

>> C= [0 1]

C =

0 1

>> D=-10.1757

D =

-10.1757

>> Q= [10 0;0 1]

Q= [0.01 0;0 1]

Q =

0.0100 0

0 1.0000

>> R=0.1

R =

0.1000

>> Zc= [1 0;0 2]

Zc =

1 0

0 2

>> Nc= [0 0]'

Nc

0

0

>> T=0.2

T

0.2000

W= [Q Nc;Nc' R]

W =

0.0100 0 0

0 1.0000 0

0 0 0.1000

>> V= [Zc Nc;Nc' T]

V =

1.0000 0 0

0 2.0000 0

0 0 0.200

>> [af,bf,cf,df]=lqg(A,B,C,D,W,V

af =

-11.0764 -130.4144

-10.6495 -138.6142

bf =

2.2361

3.804

cf =

0.2733 3.162

df

>> L= [A-B*df*C B*cf; -bf*C af

L =

0 0 4.8587 56.2253

1.0000 0 1.0712 12.3961

0 -2.2361 -11.0764 -130.4144

0 -3.8042 -10.6495 -138.614

>> M= [C 0 0]

M

0 1 0 0

>> B2= [B' B']'

B2

17.7800

3.9200

17.7800

3.9200

>> ckor=ss (L, B2, M, D)

ckor =

A =

x1 x2 x3 x4

x1 0 0 4.859 56.23

x2 1 0 1.071 12.4

x3 0 -2.236 -11.08 130.4

x4 0 -3.804 -10.65 -138.6

B =

u1

x1 17.78

x2 3.92

x3 17.78

x4 3.92

C =

x1 x2 x3 x4

y1 0 1 0 0

D =

u1

y1 -10.18

Continuous-time state-space model.

>> step(ckor)

Рисунок 2.14 - График скорости подводного робота при уменьшении коэффициента q1.



На рис 2.14. Можно заметить, что время перерегулирования увеличивается. Это происходит за счет изменения коэффициента q1 матрицы Q. В данном случае мы уменьшаем коэффициент q1, что приводит к колебательному процессу.

Вывод

Из полученных характеристик можно сделать следующий вывод. Управляя скоростью используя метод АКОР наглядно видно, как происходит изменение времени перерегулирования. Это изменение зависит от выбранных значений коэффициентов матрицы Q. Если увеличивать коэффициент q1, то время перерегулирования будет уменьшаться (рис2). Если же уменьшать коэффициент q1, то время перерегулирования будет увеличиваться(рис3).



3. Реализация систем УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ ПОДВОДНОГО РОБОТА

3.1 Цифровая реализация регуляторов

В соответствии с заданием на выпускную работу устройство управления подводным роботом должно быть реализовано на микроконтроллере. Это требование полностью соответствует современным тенденциям реализации регуляторов для управления различными техническим и другими процессами. Поэтому для решения задачи реализации необходимо получить алгоритм вычисления дискретных значений управляющего воздействия, т.е. дискретных значений соответствующего управления.

Переходя к рассмотрению процесса цифровой реализации устройство управления, прежде всего, подчеркнем, что реализовать на основе вычислительных средств устройства управление любого типа можно, если только степень полиномов, стоящих в правой части его уравнения вход-выход, по крайней мере, на единицу меньше степени полинома в левой части этого уравнения.

При выполнении этого условия для построения соответствующего алгоритма, прежде всего необходимо выбрать период Т дискретизации (квантования) по времени всех процессов, протекающих в устройства управление. Для этой цели существует ряд методов, в основе которых лежит известная теорема В.А. Котельникова.

Проще всего выбрать период квантования для устройства управление, по уравнениям «вход-выход» непрерывных регулятора и системы. Согласно период дискретизации выбирается по формуле

, (3.2)

где - максимальная частота гармонических составляющих переменных регулятора, системы и внешних воздействий. Она определяется по формуле

. (3.3)

Здесь и - комплексные и вещественные корни многочленов и синтезированного непрерывного регулятор (3.1) и соответствующей непрерывной системы;

, - максимальные частоты гармонических составляющих задающего и возмущающих воздействий.

3.2 Описание устройства управления на микроконтроллере

В данной системе управления используются следующие элементы:

Два датчика скорости, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, световой индикатор, система связи оператора с подводным роботом компьютер и монитор (LCD - жидкокристаллический цифровой дисплей). подводный робот движение

Работа системы управления. Включением и выключением системы управления подводным роботом оператор может управлять вручную, путем нажатия на клавишу Вкл/Выкл расположенную на пульте. Предусмотрено также предаварийное оповещение оператора звуковым сигналом при попадании робота в зону потенциальной опасности, по прохождению которой автоматически производится торможение.

После включения системы происходит считывание информации с датчиков. Датчики скорости подсоединены через порты параллельно к центральному микроконтроллеру системы. Использование двух датчиков скорости позволяет существенно повысить надежность системы управления. Датчики снабжены аналогово цифровыми преобразователями (АЦП), которые преобразуют сигнал чувствительного элемента, в последовательность импульсов двоичного кода. Подключение датчиков производится по шинам с протоколом работы Ethernet через два специальных модуля контроллера, позволяющих реализовать обмен данными между устройствами. Подключение по двум шинам реализуется в целях увеличения надежности системы. При этом после включения, постоянно будет проводиться опрос датчиков на предмет определения работоспособности, путем получения сигнала от датчика на микроконтроллер в виде единичных импульсов. Если датчик исправен, то с него поступает сигнал в виде логической единицы, если не исправен, то логического нуля. Данный метод опроса реализуется программным путем. Если какой-то из датчиков отказал в работе, то автоматически происходит переключение системы на другой датчик.

Кроме того, работоспособность датчиков скорости оценивается следующим образом: при движении робота, с каждого из них на контроллер поступает поток импульсов. Этот поток обрабатывается путем анализа общих показаний датчиков скорости. А именно, при движении робота, каждый из них будет выдавать цифровой сигнал, который будет сравниваться микроконтроллером друг с другом. Если один из них будет выдавать результаты, сильно отличающиеся от средних показаний другого в течение нескольких секунд, то он будет рассматриваться как неработоспособный. Это позволит четко контролировать работоспособность датчиков.

В качестве датчиков скорости используются гидравлические датчики ГД-5, снабженные встроенным АЦП. Таким образом, датчики преобразуют скорость подводного робота (скоростной напор) в последовательность кодов.

В системе оператора будет использован полуотражающий тип LCD дисплея. В полуотражающих (transflective) дисплеях объединяются качества отражающих и прозрачных дисплеев (рис. 3.2). Эти дисплеи с позитивным изображением обеспечивают читаемость при всех условиях освещенности. При плохой освещенности может быть включена подсветка, при хорошей освещенности подсветка может быть выключена, что будет способствовать снижению потребления. TN дисплеи с позитивным изображением имеют серебристо-серый фон и почти черные символы.

При негативном изображении фон будет черным и символы будут иметь цвет подсветки, обычно желто-зеленый или белый. Позитивные изображения NTN и STN дисплеев могут иметь серебристый или желтый фон с темными символами.

Позитивное изображение

Негативное изображение

Рисунок. 3 - Позитивное и негативные изображения

Версии с негативным изображением имеют темно-синий фон, а символы будут иметь цвет подсветки. Выбор цвета определяется выбранным корпусом (типом корпуса). Не все NTN дисплеи могут быть выполнены с любым цветом.

Позитивные изображения NTN и STN дисплеев могут иметь серебристый или желтый фон с темными символами. Версии с негативным изображением имеют темно-синий фон, а символы будут иметь цвет подсветки. Выбор цвета определяется выбранным корпусом (типом корпуса). Не все NTN дисплеи могут быть выполнены с любым цветом.