автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Организация пространственного движения автономного подводного аппарата при траекторном обследовании объектов, областей, физических полей

«Г

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МОРСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

^ о

Дальневосточное отделение Российской Академии наук

со

«VI

На правах рукописи

КИСЕЛЕВ Лев Владимирович

Организация пространственного движения автономного подводного аппарата при траекторном обследовании объектов, областей, физических полей

(Специальность 05.13.01. - Управление в технических системах)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владавосток - 1997

Работа выполнена в Институте проблем морских технологий ДВО РАН

Научным консультант доктор тех. наук, академик

М.Д. Агеев

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук

В.Л. Гасилов

доктор физ.-мат. наук, профессор Е.А. Девянин

доктор тех. наук, профессор В.Ф. Филаретов

Ведущая организация: НИИ СМ МГТУ им. Н.Э.Баумана

Защита состоится " 1(з " 10 1997 года в 10-00 часов на

заседании диссертационного совета Д 003.30.01 при Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН по адресу:

г. Владивосток, ул.Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАПУ ДВО РАН. Автореферат разослан " 3 " О 9 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 003.30.01 ' . ~

доктор тех.наук Б.И. Коган

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

В настоящее время для проведения океанографических исследований и глубоководных работ научного и прикладного значения создаются и используются разнообразные робототехнические средства. Важную роль в развитии морских технологий и решении многих практических задач играют автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА). В Институте проблем морских технологий ДВО РАН создан комплекс технических средств, включающий автономные, буксируемые и телеуправляемые аппараты, системы навигационного обеспечения. Комплекс эффективно использовался для выполнения глубоководных поисковых работ и научных исследований, в частности, для поиска и обследования затонувших объектов, обзора и съемки дна, геологоразведки, гидрофизических измерений.

В последних разработках АНПА по международным проектам находят применение новая технология разработки систем, многопроцессорные структуры управления, системы планирования поведения (миссий) аппарата при работе в сложных условиях среды.

Из зарубежных разработок автономных подводных аппаратов (АТТУ) последних лет к наиболее значительным относятся разработки таких фирм как Американская N030, Канадская ШЕ, Французская 1Е11ЕМЕ11, а также проекты Европейского консорциума и ряда научных организаций США и Японии.

Разнообразием решаемых с помощью АНПА обзорно-поисковых, обследовательских и научно-исследовательских задач обусловлена тенденция к организации многозадачных (многоцелевых) структур управления и адаптивных методов осуществления сложных пространственных движений. Исследование структуры систем управления и методов организации пространственного движения АНПА относится к числу проблем, от решения которых зависят общее направление развития функциональных свойств аппаратов и, как следствие, облик аппаратов нового поколения.

Наряду с обобщением традиционных для АНПА задач и методов командно-программного управления пространственным движением актуальными являются постановка и поиск путей решения поведенческих, ситуационных задач управления, 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.

Цель работы

Целью работы является исследование обобщенной структуры управления движением АНПА, способов организации пространственных траекторий и алгоритмов управления движением для следующего класса задач:

- организации планомерной сети траекторий при поиске и обследовании объектов и областей пространства;

- организации целенаправленных маршрутов с выходом в заданный район и выбором трассы в условиях сложного рельефа дна;

- траекторного обследование физических полей и аномалий по их изменчивости и обобщенным ориентирам;

- адаптивной коррекции параметров управления при переменных условиях функционирования и режимах движения аппарата.

Научная новизна

В работе впервые представлено в систематизированнрм виде и теоретически обобщено многообразие задач управления движением для универсального АНПА, что отражено в его структуре и методах управления движением.

В формализованной постановке задач и соответствующей динамической модели движения впервые в достаточно полном виде отражены реальные свойства систем, навигационные и динамические требования, особенности формирования и осуществления пространственного движения аппарата в толще воды и вблизи дна.

В работе впервые исследованы алгоритмы управления движением АНПА при осуществлении широкого класса пространственных траекторий с автономной коррекцией координат и заданной целью движения. Исследования основаны на сочетании качественных методов теории динамических систем, численных методов решения задач управления и эвристических алгоритмов при формировании ситуационных программных движений.

Впервые исследованы алгоритмы управления движением АНПА при траекторном обследовании объектов, областей, физических полей и аномалий. Дан обобщенный подход к формированию управления при

поиске и отслеживании характерных пространственных линий (профилей) - изолиний полей, в частности, изобат, эквидистантных трасс движения, контуров областей и объектов и т.п. В отличие от известных методов ориентирования по заданным элементам полей управление строится путем формирования текущих обобщенных ориентиров на основе данных об изменчивости поля вдоль траектории движения. Это позволяет d большинстве случаев свести задачу управления к вычислению нужного поискового направления движения и его отслеживанию с ориентацией на обобщенную целевую точку. В работе предложен способ квазилинейной и адаптивной коррекции параметров управления, отличающийся от известных способов самонастройки и нелинейной коррекции тем, что позволяет адаптировать параметры исходного эталонного управления к переменным входным воздействиям, внешним возмущениям, области допустимых начальных условий и переменным программным параметрам и режимам движения. При этом достаточно простыми вычислительными процедурами обеспечивается компромисс условий управляемости, устойчивости и точности управления.

Научная и практическая значимость

Полученные в работе теоретические выводы основаны на опыте создания обзорно-поисковых и обследовательских АНПА в ИПМТ ДВО РАН и обобщают результаты исследований и практических разработок систем управления движением АНПА "Скат-гео", Л-1 (Л-2), "Тифлонус", MT-SS, МТ-ГЕО, Р-1 (Р-2), TSL, CR- 01, ОКРО-бООО и других проектов. Работа осуществлялась в течение длительного периода на основе ряда государственных и региональных научных программ и Заданий Правительства. К их числу относятся работы по проектам ОКП "Мировой океан" (1981-95), НИР "Лортодромия-2 АН", "Лортодромия-3 ЛВО" (1976-85), НИР "Разум" (1992-93), НИР "Клотик-АН" (1993-95), НИР "Клавесин-ДВО" (1992-95) и ряду других проектов специального назначения.

По программам международного сотрудничества разрабатывались проекты АНПА CR — 01 (совместно с Шеньянским Институтом автоматики Китайской Академии наук), АНПА ОКРО-бООО (совместно с корпорацией DAEWOO, Южная Корея), АНПА "Skat-Neo" (IFREMER, Франция), аппарат TSL (фирма Hibbard Marine, США). В рамках перечисленных программ и проектов осуществлялась теоретическая и практическая разработка систем управления АНПА и методов решения конкретных задач. Во всех разработках использо-

ваны теоретические выводы и результаты вычислительных экспериментов по динамике аппаратов и построению алгоритмов управления движением для выполнения обзорно-поисковых и обследовательских работ.

Полученные в работа- результаты дают более общее и полное представление о задачах и методах управления пространственным движением АНПА, что позволяет использовать их при создании новых достаточно универсальных аппаратов и разработке перспективных проектов.

По всем выполняемым в ИПМТ ДВО РАН работам научно-технического направления "Подводная робототехника" автор являлся заместителем научного руководителя.

Таким образом, диссертация посвящена исследованию и решению новой научно-технической проблемы, имеющей важное народо-хозяйствеиное значение.

Аппробация работы

Основные результаты исследований опубликованы в 37 научных работах и докладывались на следующих конференциях, совещаниях, и семинарах:

- на Всесоюзных конференциях по робототехническим системам (1975, Тольятти; 1978, Владимир; 1981, Минск; 1985, Геленджик);

- на Всесоюзных конференциях "Океан" (1978,1983, Владивосток);

- на научных семинарах в Институте математики и механики (1980, 1983, Свердловск), в МВТУ им.Бауыана (1984, Москва), в Институте океанологии им. П.П.Ширшова (1984, Москва), в Институте прикладной математики им. М.В.Келдыша (1984, Москва), в Московском авиационном институте им, С.Орджоникидзе (1984), в Институте автоматики и процессов управления (1974-88, 1997, Владивосток), в Институте проблем морских технологий (1988-97, Владивосток), в Дальневосточном Государственном техническом университете (1997, Владивосток);

- на научно-технических советах в/ч 40056 (1993,1994, Москва), НТЦ "Орион" (1992, Москва);

- на международных конференциях по подводным технологиям ЛОУ'89 (1989, Ванкувер), "Океан'94" (1994, Брест, Франция).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, б глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы (114 наименований), при этом включает титульный лист и оглавление 3 стр, 170 стр. основного текста с иллюстрациями, 28 стр. Приложения с иллюстрациями.

Личный вклад автора

Во всех 37 работах автор самостоятельно проводил все теоретические исследования и соответствующие разделы в указанных работах были написаны лично автором, 6 работ выполнены без соавторов. В монографии "Автоматические подводные аппараты" автором были написаны 4 главы (1,3,4,6) из общего числа б глав. Во всех научно-исследовательских работах автор, как зам.научного руководителя, являлся ответственным исполнителем всех отчетов по этапам работ и непосредственным исполнителем соответствующих разделов. Автору лично принадлежат все защищаемые им научные положения

Основные научные положения

Автором защищаются следующие основные научные положения:

• Общая постановка проблемы организации пространственного движения многоцелевых АНПА, обобщенная структура системы управления движением;

• Модели и алгоритмы управления движением при траектор-ном обследовании объектов, областей и аномалий полей;

• Обобщенный алгоритм управления движением при траектор-ном обследовании физических полей по линейным профилям (изолиниям, эквидистантным трассам, контурам областей и объектов) и ориентирам;

• Алгоритм адаптивной коррекции и самонастройки параметров управления при переменных условиях среды и режимах движения;

• Реализация методов управления движением в действующих АНПА, созданных в ИПМТ ДВО РАН, в экспериментальных и макетных образцах систем управления и новых перспективных проектах.

Достоверность основных научных положений обеспечивается достаточно строгим обоснованием общей структуры и способов управления на основе проверенных результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием численных методов оценки полу-

ченных результатов, применением общепринятых допущений и формальных условий применимости методов. Достоверность полученных результатов подтверждается близким совпадением их с результатами поэтапной экспериментальной проверки: при исследовании процессов с использованием имитационной модели, на стадии отладки программного обеспечения системы управления движением, при проведении натурных морских испытаний и опытной эксплуатации комплекса систем в составе АНПА.

Содержание диссертации

Введение

Во введении показана актуальность работы, дан краткий обзор зарубежных и отечественных автономных подводных аппаратов различного назначения. Наиболее значительные разработки представлены в таблице 1. Их описание и характеристики приведены в Приложении к диссертации.

Таблица 1

Назначение АНПА Зарубежные ИПМТ ДВО РАН

Обзорная площадная съемка дна, поиск и обследование объектов AUSS - США ARCS, Theseus - Канада KP- 21 - США Л.£1000 - Япония Л-1,Л-2 Р-1,Р-2

Картографирование дна, геологоразведка NDRE - Норвегия Rl (robot) - Япония Epaulard - Франция ОКРО-6СЮО МТ-ГЕО CR - 01А

Многоцелевые океанографические исследования, Odyssey - США MARIUS - Европейский консорциум МТ-88 Тифлонус SKAT-NEO (проект)

АНПА относятся к классу робототехнических объектов для подводных исследований. Общим принципам проектирования подводных роботов и обобщенным моделям управления посвящены теоретические работы Е.П.Попова и В.С.Ястребова.

Аналогичный класс объектов составляют мобильные роботы, исследование которых проводилось под руководством Д.Е.Охоцимского, А.К.Платонова и в работах Е. А.Девянина. Некоторые вопросы гидродинамики подводных аппаратов в режимах установившегося движения исследовались E.H.Пантовым, Н.Н.Махиным, Б.Б.Шереметовым и Л.Грейнером. Вопросам проектирования систем и определения их технических данных посвящены исследования Ю.И.Жукова и авторского коллектива под руководством И.Б. Иконникова. Вместе с тем, первые теоретические попытки исследования АНПА с учетом реальных требований и функциональных особенностей систем ограничены сравнительно простыми задачами командно-программного управления и соответствующими моделями их описания. Систематизированные результаты исследований вопросов навигации, управления и проектирования первых образцов АНПА, основанные на опыте разработки АНПА "Скат-гео", отражены в монографии коллектива авторов "Автоматические подводные аппараты" под редакцией М.Д.Агеева, вышедшей в 1981 году.

В ряде зарубежных работ, посвященных AUV, рассматриваются вопросы разработки и использования аппаратов и некоторые модели управления. Тенденция к развитию многозадачных структур и методов управления отмечается в работах, посвященных описанию аппаратов AUSS, Odyssey, MARIUS.

К подобному выводу приводит опыт создания и использования обзорно-поисковых и исследовательских аппаратов в ИПМТ ДВО РАН. Из практических работ наибольшую известность получили глубоководные поисковые работы по обследованию с помощью АНПА J1-2 затонувших АПЛ "Комсомолец" и в Саргассовом море. Для АНПА "Тифлонус", MT-8S и АНПА CR-01, ОКРО-6000, созданных на основе международных проектов, характерным является переход от простейших структур и задач управления к многопроцессорным структурам и системам управления с планированием поведения и адаптацией к условиям сложной среды. Основные разработки Института показаны на рис.1-7. На рис.8 приведена схема обследования ПЛ "Комсомолец" с использованием АНПА Л-2.

Рис.1. Скат-гео. Предназначался для геодезических работ па шельфе. Использовался в опытной эксплуатации в Японском море, оз.Байкал, на Белом море.

Рис.2. Тифлопус. Использовался как экспериментальный образец для океанографических измерений и отработки новых систем.

Рис.3. JI-2. Выполнил 157 глубоководных погружений в Филиппинском, Северном, Саргассовом, Норвежском морях при проведении обзорно-поисковых и обследовательских работ.

Рис.4. МТ-88. Использовался для опытной глубоководной геологоразведки и батиметрии. . Служил прототипом для последующих проектов и разработок.

Рис.5. Автономно-привязной аппарат TSL (по заказу Hibbard Marine - СШЛ). Предназначен дня обследования протяженных водоводов (туннелей). Оборудован опто-волоконной системой связи и системой позиционирования.

Рис.О. СП.-01. Совместная разработка с ШИА КАН (КНР). Предназначен для глубоководных геолого-разведочных работ. Использовался в опытной эксплуатации на этапе морских испытаний.

Рис.7. ОКРО-бООО. Совместная разработка с DAEWOO (Южная Корея). Предназначен для глубоководных геологоразведочных работ.

На основе анализа решаемых с помощью АНПА задач дана постановка теоретической проблемы и сформулирована цель работы. В приведенной постановке проблемы отмечается, что исследование многозадачной структуры и методов управления пространственным движением АНПА определяет в значительной мере общее направление развития функциональных возможностей аппаратов и их облик при разработке перспективных проектов.

Во многих отношениях постановка проблемы и способы ее решения на основе полученных обобщений для многообразия решаемых задач определяют новизну и практическую значимость работы.

В заключительной части представлены основные научные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Организация пространственного движения и задачи управления

В главе 1 рассматриваются общая структура системы управления движением, формальная модель пространственного движения и задачи управления при осуществлении пространственных траекторий.

Многозадачная трехуровневая структура системы управления движением (рис.9) осуществляет функции формирования программ-заданий и планирования поведения, отображения информации о среде и векторе состояния, оценки ситуаций и организации пространственных траекторий для различных режимов управления.

По характеру и степени сложности определяется следующий класс задач, решаемых с помощью АНПА:

- поиск, обнаружение и обследование объектов на основе планомерной сети траекторий,

- целенаправленный поиск с выходом аппарата в заданный район и выбором трассы в условиях сложного рельефа дна,

- траекторное обследования областей, физических полей и аномалий с выработкой ориентиров движения по изменчивости измеряемых параметров среды,

- адаптивная коррекции параметров управления с учетом динамических особенностей аппарата и различных режимах движения.

Рис.9. Структура системы управления пространственным движением АННА

С учетом перечисленных задач рассматриваются следующие основные режимы движения и соответствующие им способы управления:

• построение планомерной сети траекторий на основе циклических программ и алгоритмов,

• приведение п точку с заданными координатами или обход системы точек с коррекцией траектории на основе данных интегральной навигационной системы,

• выбор трассы п условиях сложного рельефа дна с обходом и огибанием препятствий,

• движение по характерным точкам (линиям) поля, окоптуривание аномалий и покрытие их сетью траекторий,

• организация движения и навигационная коррекция при переходах в удаленный район и при отслеживании протяженных объектов,

» позиционирование в точке или маневрирование в заданной области пространства, сближение и стыковка с объектом,

• коррекция и самонастройка параметров управления в зависимости от состояния аппарата, условий внешней среды и динамических требований к режимам движения.

Формальная модель пространственного движения {^(¿),У(<), в

локальной неподвижной системе отсчета представлена совокупностью программного, реального и наблюдаемого движений, описываемых уравнениями вида

где V - скорость, <р - курс, ip - дифферент, U - управление, реализующее заданную программу изменения величин X,Y,Z, v,ip, ф, i, {vTx,vTr,vTz} - вектор течения.

При сравнительном описании совокупности движений учитываются навигационные и динамические ошибки.

Для рассматриваемого класса задач и соответствующих режимов движения производится анализ особенностей функций управления и их качественная оценка на примерах практических решений, принятых в АНПА MT-SS, "Тифлонус", CR-01 и AUV "Odyssey", "Theseus", MARIUS.

Для основных категорий задач дается их формальная постановка, учитывающая особенности задач и принятые критерии управления.

X = v(U) sin <p(U) cos ip(U) + vTX , Y = v(l7) cos <p((7) sin ifi((f) + vTY , Z = v(U)sinil>{U) + vT2 ,

'ТАГ 1

(1)

1. Управление движением АНПА ыа основе жестких циклических программ и алгоритмов характерно для большинства обзорно-поисковых и обследовательских аппаратов типа Л-2, Ераи1ап1, АиББ, СИ — 01. Задача управления движением сводится, по-существу, к стабилизации программных величин - скорости, курса, глубины, расстояния до дна. Вариацией программных параметров обеспечивается значительное многообразие траекторий, составленных из сопряженных прямолинейных, круговых и зигзагообразных типовых элементов. Дополнительные возможности дает супервизорное управление с использованием гидроакустического канала связи. Пример реализации подобных программ движения показан на рис.10, где приведены траектории программного и реального движений АНПА СИ — 01 вблизи дна.

При покоординатном задании точек траектории задача заключается в выборе управления, обеспечивающего минимум длины траектории при обходе узловых точек и минимум "промаха" при наведении на координаты цели. Для решения задачи, в особенности при протяженных трассах, требуется сочетание навигационной коррекции с коррекцией курса. Рассматриваются варианты выбора маршрута и коррекции положения, обеспечивающие минимум ошибок.

2. В задаче выбора трассы при сложном рельефе дна требуется обеспечивать эквидистантное целенаправленное движение с обходом и огибанием препятствий. При анализе задачи используются аналоги из области управления мобильными роботами. В общем случае задача управления заключается в отображении рельефа, отслеживании эквидистанты относительно дна и выборе направления с минимальным уклонением от цели движения. В частных случаях при относительно ровном рельефе требуется осуществлять огибание препятствий или обход их по горизонту. В системе управления используется дальномерная информация о рельефе, доставляемая многоканальной эхолокационной системой (ЭЛС). Подобная многоканальная система (от трех до семи каналов) использована в структуре управления всех аппаратов, созданных в ИПМТ. На модельных примерах рассматриваются альтернативные варианты организации движения, отличающиеся способами отображения видимой части рельефа и поведением при оценке ситуаций.

3. Конечный этап целенаправленного движения при поиске объектов представляет собой маневрирование в определенной области по траекториям произвольной конфигурации. К наиболее характерным задачам управления движением относятся:

Рис.10. Пример формирование программы движения АНПА С11-01 и ее реализации при движении вблизи дна

1 и!! 1 .1 N ! М ЩИ ! ' ! М ! 1 1 «и 11 . п ; 1 ■ 1 II | 1 1 1

-Н-Н-К 1 J\ ! _4_ >

!г?яТТТ и 1 ! ! | 1 . 1 г : 1 ! 1"' |

Б ■ И ] 1 Г , ; ! | I : - ["; . 1 : ! 1 ! У ' I 1 1' ! -' ''' | |

- И 1 ] ." 111! -[-! ! ! 1 -" с 1- и - !- ■ ' 1 \ 1 "1

1 1111135*2-1 iia«iiiiii 3 * 1 й 1 в 1 2 4 4 а С | 1 • Ж I 3 1 * 3 £ а » а

Рис.11. Фрагмент движения АНПА МТ-88 при батиметрической съемке

- маневрирование в малой области (вблизи цели) с переменной скоростью и коррекцией курса,

- наведение на цель (источник сигнала), сближение с целью и позиционирование в точке,

- обход объекта по контуру с использованием данных системы технического зрения.

Разновидностью задачи является организация движения при обследовании протяженных объектов (кабелей, трубопроводов и т.п). Особенность задачи заключается в организации процедуры поиска протяженной линии по сигналам системы обнаружения и формировании необходимых данных для последующего се отслеживания в заданной полосе обследования. Известны практические подходы для решения подобной задачи с использованием эхолокационных, магнитометрических и видео систем, в частности, принципиальные решения, примененные в А11У АЕ1000, ХР— 21, Я— 1. Управление движением формируется путем выработки генерального направления и его коррекции по контакту с объектом. В нечетких ситуациях требуется осуществлять поисковые движения в ограниченной области.

4. Организация управления движением при поиске объектов и обследовании областей обобщается на случай траекторного обследования физических полей и аномалий, пространственная структура которых обладает характерными свойствами: изменчивостью, аномальным уровнем, наличием корреляции в геометрии поля. В известных математических постановках задачи и методах их решения, развитых в теории корреляционно- экстремальных систем, исходная информация об управляющем поле поступает в обобщенном виде (в виде карт, изображений, массивов данных) и используется для выработки оптимальных алгоритмов оценивания и траекторного управления. Применение указанных методов к задаче управления движением АНПА весьма проблематично вследствие того, что в большинстве случаев представление карты поля характеризует не исходные данные, а конечную цель обследования. В упрощенной постановке ставится задача построения отдельных реализаций поля, в частности, изолиний или иных сечений. Самостоятельный интерес приобретают две взаимосвязанные задачи: ориентирование по характерным элеметам поля и организация движения по изолиниям.

Наглядным примером постановки задачи служит организация движения в мелкомасштабном аномальном поле, создаваемом объектом поиска, в частности, в поле намагниченного объекта. Известны примеры использования магнитометрических систем для поиска затонувших

объектов (АНПА JI-2, AUV ylßlOOO). Задача управления движением заключается в организации и осуществлении следующих поведепче-ских функций и траекторий:

- обнаружении аномалии по уровню и изменчивости сигпала при маскирующем влиянии основного естественного поля,

- покрытии аномалии сетью траекторий с коррекцией направлений и скорости по уровню поля и величине градиента,

- оконтуривание аномальной зоны по характерным точкам или изолиниям.

В обобщенной постановке задача распространяется на обследование произвольных физических полей, допускающих их траекторное измерение по заданным сечениям и организацию движения по обобщенным ориентирам и характерным профилям.

5. Разнообразие пространственных траекторий и режимов движения приводит к необходимости коррекции параметров управления в зависимости от величин переменных входных воздействий, гидродинамических сил, случайных внешних возмущений и существующих ограничений на отклонения системы и управляющие усилия. В наибольшей степени особенности управления проявляются при обеспечении заданных динамических свойств вертикального канала. Решаются следующие взаимосвязанные задачи:

- определение области допустимых отклонений системы и выбор параметров эталонной линейной модели управления при заданных динамических требованиях и ограничениях на управление,

- выбор способа коррекции параметров, обеспечивающих компромисс условий управляемости и устойчивости движения при переменных параметрах модели,

- оценку действующих возмущений по результатам траекторных измерений вектора состояния и введение коррекции параметров управления с использованием прогнозирующей модели.

Постановка первой и второй задач основана на известных положениях теории устойчивости нелинейных систем, в частности,систем с переменной структурой. Аналогичный подход, в котором в упрощенном виде рассматриваются условия осуществления скользящих режимов (fuzzy sliding mode), применяется в системах управления AUV "Odyssey" и MARIUS.

Постановка третьей задачи связана с использованием методов самонастройки управления и численного решения уравнений динамической модели движения.

Для получения общего алгоритма управления объединяются решения указанных задач, приводящие к синтезу алгоритма квазилинейной коррекции и адаптивной настройки параметров управления.

Глада 2. Динамическая модель движения АНПА

В главе 2 рассматриваются уравнения пространственного движения АНПА, гидродинамические характеристики, характеристики управляющих воздействий и имитационная динамическая модель движения.

Уравнения пространственного движения представлены в виде совокупности систем уравнений, описывающих движение в вертикальной и горизонтальной плоскостях с учетом взаимосвязи углового движения и поступательного движения центра масс аппарата:

в вертикальной плоскости -

mxv = -Rx(v, а) -f Psintf + Тх\ cos а - Ту\ sin а + Rx¡¡ rriyV0 = Ry(v, а, ф) + Pcostf -f Ту\ cos а + Тх\ sin а + Ryd Jzi> = M0 sin ф + M2[v, а, ф) +■ Mly„p X = v cos i9 + u„, Y — v sin $ + vT!l, ф = г) + a (2)

в горизонтальной плоскости -

mxv = —Rx(v,/3) + TXi cos/3 - Tzlsin/3 + Rxd mzvj( = Rz(v,/3, ф) + Тгi cos/3 + Txl sin/3 + Rzd

1яф = Щу,Р,ф) + М1уп p X = UCOSX+ = v sinx + fTJ,9= x + P (3)

где Rx,Ry,R:,My,M2 - гидродинамические силы и моменты, Мц - момент остойчивости; Тх\,Т3\,Тх\,Мут,М,т - управляющие силы и моменты, а, /3, г), х - углы атаки,дрейфа,подъема и поворота траектории; гпх, ту, т., 1у, I, - составляющие массы и моменты инерции с учетом присоединенных масс жидкости; Р, RX(t, Щл, Я а - плавучесть и компоненты внешних возмущений.

При малых угловых величинах системы (2) и (3) приводятся к нормальному виду:

с1х{/<И = + ЬРХ, г, 7 = 1..4, (4)

1

(IX/(11 = иС08(у-2 — У1)

(12/111 — Vsin(l/2 ~ У1)

ёт/(11 = ]Г ат + <ЩУ, 1,3 = 1..3, (5)

}

где параметры ау, с,;-,5;Д зависят от параметров исходной модели, ¿7Х, С» - управляющие функции, удовлетворяющие ограничениям < 1, < 1.

Для определения гидродинамических характеристик аппарата используются эмпирические соотношения из теории крыла малого и конечного удлинения. Уточнение параметров расчетной динамической модели производится путем их идентификации по результатам траек-торных измерений вектора состояния.

Для расчетной оценки величин управляющих сил в зависимости от скорости движения и пропульсивных характеристик движителей используется приближенная методика в виде замкнутой системы параметрических соотношений.

Разработанная динамическая модель движения включается в состав имитационного стенда, позволяющего воспроизводить на аппаратно-программном уровне функции систем, реальные сигналы датчиков, условия внешней среды и алгоритмы управления. Имитационная динамическая модель использовалась в различных конфигурациях при натурной отладке систем АНПА МТ-88, "Тифлонус" и др.

Глапа 3. Управление движением АНПА при поиске и траекторном обследовании объектов

В главе 3 исследуются алгоритмы управления движением при поиске и траекторном обследовании объектов на основе общих представлений об организации движения, данпых в главе 1.

Решаются следующие основные задачи:

- осуществление жестких и циклических программ со стабилизацией параметров движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях,

- осуществление целенаправленных траекторий движения с курсовой коррекцией, коррекцией координат и выбором эквидистантной трассы движения вблизи дна,

- осуществление произвольных траекторий при обследовании и окон-туривании областей и протяжепных объектов, наведении на ориентир, позиционировании вблизи объекта (точки).

Решение задачи управления в аналитическом виде заключается в построении управляющих функций их,иу и создании соответствующих воздействий Тх,Ту,Тг, Му,Мгобеспечивающих:

- стабилизацию и коррекцию курса, скорости, глубины или дистанции до дна на прямолинейных трассах,

- стабилизацию угловой скорости на круговых траекториях,

- ориентацию вектора скорости по касательной к траектории произвольной кривизны,

- стабилизацию продольных и боковых перемещений при движении вблизи точки или объекта.

Формальный критерий управления в большинстве случаев состоит в минимуме навигационных и динамических ошибок, что приводит, как правило, к их оцениванию с помощью эвристических алгоритмов й получению численных решений на ЭВМ.

Осуществление жестких циклических программ и алгоритмов

Программное движение формируется одним из двух способов:

а) в виде кусочно-постоянных зависимостей скорости 1/(/4), курса 'г(и), угловой скорости 9?(<,),глубины У(<4) или высоты над грунтом /¡(¿4) на интервалах времени г,;

б) покоординатным заданием точек траектории {XI", Zl'} с регулярным либо произвольным шагом в зависимости от конкретных условий.

Динамика и управляемость системы курсовой стабилизации при линейном автопилоте вида

^ = К^ф - <р.) + |1у < 1,

_ / ¥>(**) Для способа а) *

~ \ аг^(Л'4 - Х)/(гк - г) для способа б) '

определяются, в основном, гидродинамическими свойствами аппарата и обеспечиваются достаточно просто выбором параметров Кф.

Программное движение в вертикальной плоскости формируется, вообще говоря, независимо от курсовой программы и представляет собой чередование горизонтальных движений с переходами по глубине и движений на заданном расстоянии от дна.

Динамические требования к системе стабилизации глубины при линейном управлении вида:

и(Н, ф) = К„(Н - Н,) + Кн У(Я - 4 Кфф -I- (7)

являются более жесткими по сравнению с курсовой стабилизацией и заключаются в обеспечении устойчивости и маневренности при переменных параметрах программы (скорости и глубины) и при наличии дестабилизирующих факторов. При изменениии указанных параметров в широком диапазоне необходимо осуществлять адаптивную коррекцию и самонастройку параметров управления (см.главу 5).

Задача организации эквидистантного движения вблизи дна связана с усложнением функций автопилота, которые состоят в том, чтобы огибать препятствия на безопасном расстоянии, отслеживать форму рельефа и управлять ориентацией вектора скорости, стабилизируя дистанцию. Управление движением по эквидистанте предполагает, вообще говоря, формирование некоторой модели эквидистанты на основе эхолокацнонной информации и данных об относительных перемещениях аппарата. В общем случае управление организуется в виде корректируемой программы, прогнозирующей эквидистантную траекторию и ориентирующей аппарат вдоль нее. Подобный подход ипользуется в алгоритме выбора трассы пространственного движения. В плоском случае задача упрощается и сводится к стабилизации позиционных и угловых рассогласований, сформированных с помощью нескольких дальномеров. В случае трехканальной эхолокацнонной системы (как,например, на аппарате Л-2) управление 17н по высоте /г с использованием передней й\, наклонной йг и нижней <1^ дистанций формируется в виде:

ч. - *; £. го

где параметры «¡, «2,«з и страховочная дистанция с1)г определяются схемой измерения дистанций, а коэффициенты усиления необходимой динамикой. Пример реализации движения АНПА МТ-88 вблизи дна с управлением вида (8) приведен па рис.11.

Коррекция целенаправленных траекторий и координат аппарата

Данная задача состоит б минимизации суммарной ошибки управления, обусловленной наличием курсовой ошибки при действии течения и навигационной ошибки, зависящей от способа навигации и выбора маршрута движения. При наведении по азимуту цели в с коррекцией курса Дуз по уклонению е:

ношения скорости течения ьр к скорости движения V, начальной дистанции до цели Д) и ошибки ее определения ад о, относительной ошибки определения течения ах и числа коррекций к.

Ошибка навигационной системы, работающей по принципу счисления пути с коррекцией по СНС на поверхности моря и коррекцией скорости по абсолютному доплеровскому лагу при движении вблизи дна, оценивается величиной

зависящей от ошибки СНС, ошибок счисления 6со и <5„ при движении в толще воды и вблизи дна (с использованием относительного или абсолютного лагов), скорости течения ух, глубины погружения Н, скорости погружения V, и дифферента гр, дальности до цели Д,.

Первая из ошибок убывает монотонно в большинстве случаев при увеличении числа коррекций курса, вторая ошибка ограничена и в неблагоприятных случаях может составлять сотни метров. Это определяет размер области поисковых движений при сближении с целью.

При работе аппарата в ограниченной области для слежения за его траекторией используются обычно гидроакустические навигационные системы (ГАНС) с длинной или ультра-короткой базой, что дает возможность комплексирования автономной информации и информации ГАНС. Алгоритм позиционной коррекции основан на оценивании вектора течения и начальных координат в системе счисления пути, введении поправок и азимутальной коррекции координат относительно гидроакустических приемоответчиков. Подобный способ комплексирования навигационных данных использован при построении КНС для аппарата МТ-88. Аналогичный подход приведен в описании А1ГУ

(9)

величина промаха awt = (vx/v)kDo [ (сгдо/А))2 +

зависит от от-

= [5l + (S„H/V„ sin ф)2 + (S„A/F)2 + (ЯК/К)2]1/2, (Ю)

MARIUS.

Организация движения при обследовании областей и объектоп

В соответствии с общей постановкой задачи, данной в главе 1, обследование области осуществляется с помощью кусочно-постоянпой программы скорости и курса при маневрировании в окрестности цели (объекта) и старт-стопного режима управления при динамическом позиционировании в точке или вдоль контура.

Область движения определяется одним из способов:

а) координатами {Лг„, Д,} целевой точки, радиусом окрестности г, и расстоянием до цели с/а,

б) расстоянием с1и до источника сигнала (маяка) и азимутом д„,

в) произвольным замкнутым контуром д(Х, Х} — 0, относительно которого определяются смещения аппарата в направлениях, связанных с корпусом аппарата.

г) линейной полосой |аХ + Ь2 + с| < Д/ шириной Д; относительно протяженного объекта и относительными линейными {Д-ЛГ/, А£/} и угловыми Л<р1 перемещениями аппарата.

Логика программного алгоритма при движении в заданной области формирует режим изменения скорости, курсовые углы и направления поворотов:

_ Г <Рк при г <ги \ У* + А«ДОб1^* при г > и >

et = 'fit ~ arctg(Zt - ZK)/(Xk - X,) (11)

На заключительном этапе траекторного обследования области решается задача сближения с целью и позиционирования в точке.

При известном относительном положении аппарата и цели управление имеет вид:

Uz = KiАХ + К2Х + К, ( ДXdt, U, = KXAZ + I(2Z + IQ f AZdt, Jto Jio

TtX = Uz cos^>+ i/jSinip , Tri = -Vxsm<p + Vt соsip, (12)

при ограничении (T^ + <

Примеры осуществления движения с управлением вида (11), (12) при маневрировании в ограниченной области и в протяженной полосе при наличии дрейфа под действием течения приведены на рис.12,13,15.

Ьр

Рис.12. Примеры движения в окрестности заданной точки, А - положение динамического удержания аппарата носом против течения.

Рис.13. Движение в малой области с коррекцией курса и скорости при наведении в точку.

->

ХСп>

Рис.14. Обход объекта по контуру с использованием трехкалаль-ной ЭЛС.

Рис.15. Маневрирование в полосе относительно протяженного объекта.

и

о X

100

200 400 £ 600

/ 2(м)

0

Аналогичный вариант управления принят и п том случае, когда выполняется движение на приводной гидроакустический маяк, и для сближения с ним используются измерения дистанции R и пеленга е:

Ux = I(\Rcos(ip — е) + K<z v соз <р + Кз R cos(<p — e)dt,

J to

Uz = K\Rsia(ip — e) + K2Vsirup■{-Кз I Rsin(cp — e)dt

Jto

Tz 1 = K\Rcose + K-2.V, + K3 [ Rcosedi,

Jto

Тл = ICiRsiae + Кз [ Rsinedt (13)

Jto

В аналогичном виде формируется управление при обходе объекта (области) по контуру, причем для осуществления эквидистантной траектории относительно контура согласуются два режима управления - отслеживание эквидистанты по аналогии с управлением (8) и старт-стопный режим со сканированием корпусом. Пример осуществления такого управления с использованием дальномерной эхоло-кационной информации показан на рис.14.

Подобный вариант управления использован в системе позиционирования аппарата TSL, предназначенного для обследования протяженных водозополненных туннелей и водоводов.

I

Глава 4. Осуществление траекторий движения АНПА по обобщенным ориентирам полей и их аномалий

В главе 4 исследуются способы траекторного обследования полей и аномалий, исходя из постановки задачи, изложенной в главе 1.

Управление на основе априорных данных о структуре поля

При наличии априорных данных о структуре поля и данных о местоположении аппарата задача управления состоит d оценивании и уточнении имеющейся информации и выработке управления для осуществления программной траектории. Поле ((X, Z) задается картой или иным способом и хранится в памяти вычислителя. При движепии вдоль траектории {X(t),Z(t)} сигнал f(t) представляет собой одпу из возможных реализаций поля, соответствующую данному сечению.

Отыскивается программное управление {v"/, V"/}, обеспечивающее движение по заданной программной траектории {Х"р, Z"p} или по изолинии поля ^ = £°=coast. Совместное решение задачи оптимального оценивания навигационных параметров и управления методом Кал-мана приводит к известному виду системы уравнений, разрешаемой относительно вектора состояния и вектора наблюдения. Полученное решение может быть использовано для формирования программного закона управления, критерий которого в большинстве случаев задается в виде кинематических соотношений. В данной постановке характер движения и способ управления учитывают пространственную структуру поля опосредованно через корреляционные зависимости, и при слабо изменчивых полях задача может быть сведена к построению планомерной сети траекторий на основе жесткой циклической программы. При наличии значительных градиентов и неоднородно-стей необходимо учитывать эти свойства в программе движения, используя совокупность признаков для коррекции траекторий по характерным точкам или сечениям.

Организация движения при поиске и отслеживании изолинии поля

Наиболее общей представляется задача организации движения по изолиниям, объединяющая в себе задачи восстановления карты поля и управления движением по криволинейным траекториям, вдоль которых реализация поля сохраняет постоянное значение. Программный алгоритм в этом случае содержит условия, контролирующие упорядоченный переход с одной линии на другую, и закон управления угловым движением, воспроизводящим кривизну изолинии. Для правильного выбора направления перехода между изолиниями поля вырабатывается информация о направлении вектора градиента. Эта информация может быть получена непосредственно путем измерения составляющих градиента комплексом дифференциальных датчиков либо с помощью схемы, имитирующей вычисление градиента в поисковых движениях. В последнем случае должны быть согласованы между собой параметры поисковых движений и радиус кривизны изолинии, а также период поисковых движений и период обновления данных.

При движении по изолинии Z) = const компоненты вектора скорости vx = v cos х, v2 = v sin x удовлетворяют "в среднем" кинематическому условию + = 0, которое дает выражение для программного курса:

Для идентификации значений vx,vz по серии траекторных измерений параметров поля минимизируется выражение:

[(V^*i>rj + VUlhj)bu - ЛЬ]2 , j = l, 2... (14)

t=j

определенное на серия из N измерений параметров поля с интервалом времени Ait и средними текущими значениями скорости vxj, v.j.

Найденное решение vXj,vzj используется для текущей коррекции курсовой программы. В качестве практического примера рассматривается алгоритм управления движением по изобатам поля рельефа дна.

Описанная процедура вычислений эквивалентна по своему смыслу включению параметра поля ((X, Z) в расширенный вектор состояния системы с дополнительным уравнением:

€ = Z)v cos X + V6(A', Z)v sin x (15)

Функция управления движением при поиске и отслеживании заданпой изолинии £ = fо содержит две составляющих - одну для управления положением, другую для управления угловой ориентацией.

Вводятся "расстояние" Dj = — от точки с текущим значе-

нием поля до заданной изолинии и проекция вектора градиента на направление движения р=Пр„У£ = |V£| cos?, 7 = /З+arctg (Vf-i/Vf^).

Выбор направления движения при выходе па изолинию в соответствии с направлением градиента удовлетворяет условию (£ — £о)р < О, в противном случае выполняется поисковое движение, ориентирующее вектор скорости нужным образом.

Для отслеживания изолинии формируется управление

Uv,( = - *».) + Кфф + KeD( sign (рДО, (16)

в котором курсовая программа задается в соответствии с углом поворота изолинии: pi=arctg(V£r/V&), а выбором коэффициентов усиления обеспечивается качество управления.

Управление (16) организует угловое движение при постоянной скорости. Во многих случаях для повышения эффективности управления необходимо изменять скорость в зависимости от расстояния до текущего ориентира (в данном случае до изолинии) и относительного углового положения аппарата. При таком условии формируется управление движением на обобщенный ориентир с координатам = Df_ cos, Zf = D^ sin

В делом закон управления, обеспечивающий выход на изолинию и ее отслеживание в заданной трубке До имеет вид:

Примеры осуществления алгоритма управления показаны на рис.16.

Организация движения по характерным элементам аномального поля

Задача исследуется на примере обследования аномального магнитного поля, создаваемого намагниченным объектом поиска.

Модель аномального поля представляется в виде диполя, произвольно ориентированного в магнитном поле Земли. На оспове приближенных оценок величин, характеризующих уровень аномалии, рассматриваются следующие варианты управления:

а) выполнение типовой циклической программы с коррекцией ее параметров по наличию контакта,

б) выполнение поисковой программы с движением на источник аномалии и коррекцией траектории по навигационным данным,

в) оконтуршзание области по точкам с максимальными значениями уровня поля или модуля градиента.

Логика программы движения (рис.17) во всех случаях содержит одинаковые типовые операции: обнаружение контакта с помощью пороговой магнитометрической схемы , запоминание типа программы на предыдущем участке и обращение к памяти в моменты получения или потери контакта, контроль временных интервалов, выбор типа текущей программы в зависимости от ситуации.

TX = UX = Ку{Х - Х() + К2Х + К3 f(X - X()dt ,

г;

~\и1р = К,

/г) , если |Д£| < До,

Kpi'P - Vs) + Кфф , если |Д£| > Д0

(18)

400

г 200

•200

1 1 // 3.

и

/ 1 ^ 1 с 1 —Г^ /

1 1

•20 0 20 40 60

X

Рис.1С. Пример отслеживания изолиний, заданных кубическими параболами, в "трубке" Ла = 25 .

Увеличенный масштаб по координате X выбран с целью большей наглядности динамики процесса при отслеживании изолиния.

Рис.17. Схема алгоритма обследования аномалии

На рис.18 приведен пример работы алгоритма для случая, когда траектория в аномальной зоне задается в виде прямоугольного меандра, а исходная траектория до получения контакта представляет собой аналогичный меандр с большим шагом.

Управление движением и вариантах б),в) предполагает сочетание курсовой коррекции с определением координат характерных точек аномального поля. Траектория, подверженная воздействию течения, формируется из пересекающихся прямолинейных галсов и круговых движений на границе аномальной области. На каждом текущем галсе определяются ориентиры для последующего галса путем обработки результатов траекторных измерений поля и сопоставления их с полученными координатами. Процедура вычислений для оценки необходимых параметров управления, аналогична описанной выше с той лишь разницей, что в ней дополнительно контролируются значения траекторных параметров, используемых в качестве ориентиров. Сформированная подобным образом "веерообразная" траектория (рис.19) позволяет построить двойной контур аномалии: внешний - по устойчивому контакту, внутренний - по максимальным значениям поля на пересекающихся галсах.

Рис.18. Обследование аномалии по траектории "меаидр" с коррекцией по контакту

Рис.19. Обследование аномалии по характерный точкам (ориентирам)

Глава 5. Адаптивная коррекция параметров системы управления доижением

В главе 5 исследуются алгоритмы коррекции параметров управления движением в вертикальной плоскости с учетом переменных воздействий, изменения параметров модели движения, противоречивых требований к устойчивости и управляемости и других особенностей, отмеченных в главе 1.

Основные динамические свойства системы управления

Рассматривается система стабилизации глубины, структурная операторная схема которой показана на рис.20. Передаточные функции W„,(s), W,¡r{s), U^r(s) для глубины и дифферента по отношению

к управлению /(и) и вертикальному возмущению г, имеют вид:

wUJ(s) = Q,M = - [лу + (it;-d- Aíf)s + títd- M. - Mf\

W„(s) = QH(s) = mvvdS - M* + lid,

W„{a) = Qllr(s) = (J„s3 Ma)tí + Mf ■ Щ • 5

wv(e) = QiÁ в) = -т,м; • (19)

Q(s) = J„m,vs3 - (M? ■ m,v + I¿vJ„y - [м,а • + (Ma + M„)tn,v-

- м0д;, л;=n"+я,.

По передаточным функциям замкнутой системы при линейном ограниченном управлении

ЩН, ф) = (К„ + W.{sy -f Ks-s)AH + (Кф + К^)ф = U„ + Щ, (20)

оцениваются управляемость системы и ее реакции на входные воздействия и случайные возмущения. Для АНПА при интенсивном маневрировании по глубине важно обеспечить максимальную вертикальную составляющую скорости

sini?, а в

установившемся угловом движении - макс1шальный дифферент

Рис.20. Структурная операторная схема системы стабилизации движения в вертикальной плоскости.

Рис.21. Структурная схема адаптивпой коррекции управления

ф = (М^Ту-В.°Мг+М^Р){М0Щ)~1. В горизонтальном движении наличием избыточной плавучести Р обусловлены статические ошибки по глубине и дифференту, проявляющиеся через угол атаки и подъемную силу. Характерным свойством при движении с постоянной или медленно меняющейся малой скоростью является возможность появления инверсной управляемости по глубине, зависящей от соотношения величин гидродинамических сил и управляющих воздействий.

Точность стабилизации глубины при действии случайных возмущений типа турбулентных пульсаций скорости, проявляющихся через вертикальные ускорения аппарата, определяется свойствами "грубости" системы и возможностью компенсации колебаний. Последнее необходимо, в частности, при производстве прецизионных гравиметрических измерений, и аппарат в этом случае должен служить стабилизированной платформой с минимальными линейными ускорениями и перемещениями. Эксперименты, проведенные с АНПА "Тифлонус", показывают, во-первых, соответствие теоретических оценок ускорений и частот колебаний с реальными и, кроме того, показывают, что при широком спектре возмущений требуется коррекция параметров управления.

Квазилинейная коррекция и адаптивная настройка параметров управления

Рассматривается задача коррекции управления с учетом противоречивых требований к устойчивости и управляемости системы, описываемой обобщенными уравнениями (4). К особенностям данной системы относятся:

- наличие в характеристическом уравнении для патрицы коэффициентов ||ау||, нейтральной по отношению к координате х\ (глубине), одного нулевого корня,

- значительное изменение коэффициентов системы при изменении скорости и наличием гидродинамической неустойчивости корпуса аппарата по отношению к углу атаки (т" > 0),

- отсутствие в управлящем воздействии 11(х{) сигнала, пропорционального координате Х2, поскольку в большинстве случаев предполагается,что угол атаки - величина неизмеряемая.

Необходимые и достаточные условия устойчивости системы (4) при линейном управлении V = и любых начальных отклонениях

координат а:;(0) устанавливают связь между параметрами Л.';, зависящую, в частности, от величины скорости и и гидродинамического коэффициента

При реально существующем физическом ограничении на величину управляющего воздействия (|[/| < 1) возникает необходимость также и в ограничении на начальные отклонения по глубине и угловые параметры.

В теоретическом отношении возможна постановка задачи выбора, управления, обеспечивающего устойчивость системы "в целом".

В теории, разработанной Е.А.Барбаыпгаым, доказательство устойчивости движения систем общего вида при наличии ограничений на управление основало на специальных преобразованиях системы уравнений и использовании метода функций Ляпунова.

Оптимизация задачи управления приводит к рассмотрению управляющих функций вида

где функции ф{х\..х„) заданы, а величина а, удовлетворяющая условию |а| < 1, подлежит определению. Задача решается выбором величины а в виде:

где Параметры k;j алгебраически связаны с параметрами системы (4), коэффициентами определенно положительной квадратичной формы (функции Ляпунова) и параметрами линейного преобразования системы. В случае ф = 1 имеет место релейная система, а при <fi=sa.t(Kx„/T),a = sign - система с ограничителем.

Характерной особенностью систем с управлением указанного вида является существование при определенных условиях "идеального" скользящего режима вдоль линейного многообразия S — Yli — О-Для выполнения условия существования скольжения SdS/dt <0 необходимо, чтобы управление U(xi) включало все компоненты вектора состояния, что и определяет размерность пространства скольжения. Подобный способ использован, в частности, в теоретических работах, посвященных AUV "Odyssey" и MARIUS.

Наличие в системе (4) ненаблюдаемой координаты х2 нарушает, вообще говоря, условия скольжения, однако, при релейном управлении возможен режим, подобный скольжению "в среднем" вдоль плоскости переключения S = К\хi + К3Х3 -)- К/>х^ — 0.

Поскольку реальные отклонения системы от положения равновесия всегда ограничены, требования устойчивости "в целом" являются завышенными. При наличии ограничений на управление важно найти

U = a(ii..x„) • ф[х 1..жп),

j

количественную взаимосвязь между выбранными определенным образом параметрами управления и соответствующей им областью допустимых начальных отклонений. Полученные численным путем результаты позволяют оценить достаточно общие свойства, проявляющиеся при выборе параметров системы с заданными динамическими требованиями. Анализ зависимостей, связывающих область допустимых начальных отклонений {11(0)}, параметры аппарата V, т° и параметры управления Я,-, приводит к выводу о необходимости адаптивной настройки управления в зависимости от диапазона изменения доминирующих параметров.

Для сравнения с линейным управлением рассматриваются два способа его коррекции путем настройки коэффициента усиления по глубине Л\:

а) скачкообразное переключение параметра К\ -

К, = О.био/г; [(^11 + Кп) + (/Гц - Кп) 51Ёп(|х1| - ,

где К\\,К\ъ,й - произвольные параметры, с помощью которых можно управлять динамикой процесса,

б) непрерывная настройка в процессе движения -

я, = лгш(51(0) - |ц|)оа/« .

где ¿1(0) определяется областью допустимых отклонений по глубине, Л'ю выбирается так, чтобы при заданном значении л'1(0) сохранялась устойчивость при всех |х1| < £1(0).

Из сравнения четырех вариантов управления (рие.22-25) - релейного, с фиксированными параметрами, с переключением и с непрерывной настройкой параметра /^¡-следует, что квазилинейное управление

и = Л')0ио/и [51(0) - Ы! ц + К3х3 + (21)

обеспечивает компромисс динамических требований во всем широком диапазоне изменения параметров и состояний системы.

Адаптивная коррекция управления при обобщенных возмущениях

Из традиционно используемых на практике методов адаптивной настройки управления, основанных па принципе совмещенного синтеза, сравнительно простыми и эффективными являются методы с эталонными и прогнозирующими моделями. В указанной постановке задача синтеза адаптивной настраивающейся системы включает в себя:

Рис,23. Переходные процессы в системе с переключением коэффициента

усиления

Рис.24. Реакция системы на ступенчатое воздействие при скачкообразном изменении коэффициента усиления

усиления

- построение модели эталонного движения, удовлетворяющего заданным динамическим требованиям при фиксированных параметрах объекта и известных возмущениях,

- построение прогнозируемого движения на основе траекторвых измерений вектора состояния,

- формирование управления, обеспечивающего малость отклонений прогнозируемого движения от эталонного при действии обобщенных возмущений.

Эталонное движение представляется линейной моделью, и в этом случае задача сводится к коррекции линейного управления, исходя из возможностей численной оценки обобщенных возмущений. Рассматривается модель движения вида (4) с обобщенными возмущениями Я,-, в число которых включаются и ошибки модели:

= + + = 1..4 (22)

Для прогнозируемого движения {£,(<)) используется вычислительная процедура, предложенная В.Л.Гасиловым и основанная на приближенном численном интегрировании уравнений движения и оценке осредненных прогнозируемых возмущений Д-. Результаты вычислений прогнозируемого движения применительно к системе (4) дают

= ха + £ С„х1к + ч,-Д17ж + ]Г 444+1] . (23)

где постоянные величины С,-,, гц, ¿^ зависят от коэффициентов матрицы {а,7} исходной системы уравнений, параметров линейного управления К{, Ь, и интервала дискретности т; Д1+1- оценки возмущений, получаемых путем линейной экстраполяции средних значений

1 1 Д» = -(г« - аг(1_,) - ^ + - &;[/„ (24)

Д»+1 = 2Ла — Дк-1

Управление представляется в дискретном виде:

= + (26) {

где первый член есть линейное управление, а корректирующее воздействие Д!7|Ь+1 определяется из условия минимума функции:

^•-Е'^ш+ТиЛ^, (27)

с весовыми коэфнциентами 7^7« характеризующими чувствительность коррекции по отношению к соответствующим величинам.

Минимизация выражения (27) дает закон коррекции п виде:

ДСЛII ~ + Ц

"ь ъ 53 ъъс*

А =

7 +

(28)

Для оценки динамических свойств системы управления движением

при действии периодических и случайных возмущений производился анализ переходных процессов при различных вариантах лилейного управления с коррекцией: с управлением вида (20), с использованием сигнала акселерометра, с коррекцией вида (26). Анализ показывает, что динамические свойства для всех вариантов управления при выполнении условий устойчивости и при действии возмущений сравнительно высоких частот (а> — 0.25..0.5с-1) и малых флуктуацион-ных ускорений (0.03..0.05 м/с2 или 30..50 мГал) оказываются достаточно близкими. Введение коррекции по прогнозируемым возмущениям позволяет ослабить на 25..30% колебания на более низких частотах (ш = 0.05..0.25) и больших ускорениях (50..100 мГал).

Из анализа частных алгоритмов коррекции следует вывод о целесообразности построения комбинированного варианта коррекции па основе алгоритмов квазилинейной коррекции (21) и коррекции по обобщенному критерию (27).

Структура системы с коррекцией в таком варианте (рис.21) содержит две ветви коррекции - ветвь квазилинейной коррекции эталонной модели с постоянными параметрами и ветвь коррекции по прогнозируемому движению с учетом обобщенных возмущений. Проведенные исследования показывают, что в подобной структуре с помощью достаточно простых вычислительных процедур обеспечиваются высокие динамические свойства при наличии многих неблагоприятных факторов.

Глава 6. Использование результатов теоретических исследований п практических разработках ЛНПА и их систем

Глава 6 посвящена анализу результатов исследований, полученных при создании и использовании АНПА для решения ряда практических задач. Как уже отмечалось, первые практические результаты по управлению движением АНПА были связаны, в основном, с организацией жестких циклических алгоритмов и линейных структур командно-программного управления. Полученные опытные результаты использовались при создании аппаратов "Скат-гео", Л-1, Л-2. Задача исследования заключалась в выборе конструктивных параметров, обеспечивающих требуемое качество процессов стабилизации программных параметров. Для решения этой задачи была разработана модель динамики, в которой гидродинамические характеристики определялись численным путем на основе линейной теории крыла малого удлинения, приближенных эмпирических зависимостей, полученных в работах К.К.Федяевского, Г.В.Соболева, и экспериментальных данных испытаний макетов и моделей АНПА.

Дальнейшее использование АНПА Л-2 и всех последующих разработок для выполнения глубоководных обзорно-поисковых работ (поиск затонувших объектов, в частности, ПЛ "Комсомолец") потребовало применения более развитой системы управления, обеспечивающей выполнение целенаправленных поисковых траекторий и огибание препятствий при движении вблизи дна. Результаты исследований в этом направлении были ориентированы па реализацию программ поиска и обследования объектов и способов осуществления эквидистантного движения при сложном рельефе дна. Разработанный способ управления движением по эквидистанте с огибанием препятствий рельефа дна на основе дальномерной эхолокационной информации был защищен в виде изобретения (совместно с В.В.Никифоровым) и реализован в действующих образцах системы управления.

Решением практических задач была обусловлена также необходимость оснащения аппарата системой поиска и обнаружения затонувших объектов. Представлялось наиболее перспективным использование магнитометрической системы поиска с выделением аномальных сигналов от объектов на фоне внешнего магнитпого поля. Подобная система использовалась на аппарате Л-2 при проведениии ряда поисковых работ. Исследования возможных способов управления движением аппарата при обследовании аномалий позволили оценить основные требования к системе и выработать общее представление о постановке задачи обследования полей и объектов.

Вместе с тем, несмотря на довольно значительные усложнения функций обзорно-поисковых аппаратов, вследствие ограничений, накладываемых жесткой структурой управления и, главным образом, отсутствием на аппарате автономной навигации, возникло определенное противоречие между характером решаемых задач и возможностями осуществления более сложных пространствепных движений. Попытки встраивания в структуру управления первых довольно несовершенных образцов бортовых микро-ЭВМ и интерфейсов были направлены, в основном, на увеличение надежности и живучести аппарата как автономного робота, функционирующего в сложной среде. Важность указанной проблемы проявилась в особенности при создании дально действующего АНПА с повышенной автономностью для работы вблизи дна и подо льдом. Проведенные исследования показали, в частности, что для надежной работы аппарата необходимо обеспечить высокие динамические свойстпа и формирование программных траекторий с автономной коррекцией и приведением в заданную точку (возвращение к базе с приведением на гидроакустический или электромагнитный маяки). Особую важность приобрела задача ком-плексировавия и коррекции навигационной информации. Некоторые результаты исследований в этом направлении использовались при разработке экспериментального образца аппарата и, в дальнейшем, при его модификации, получившей название "Тифлонус". Эксперименты по использованию АНПА "Тифлонус" для гидроакустических и гравиметрических измерений показали, что благодаря оптимизации гидродинамических свойств аппарата и структуры управления движением он может служить стабилизированной платформой для производства высокоточных измерений и отработки новых средств и методов управления. Полученный опыт показал также, что специализация АНПА па решении определенного класса задач (обзорно-поисковых, научно-исследовательских), в принципе, довольно условна и при соответствующем технологическом уровне возможно представить проект универсального аппарата, интегрирующего в себе все многообразие существующих задач.

Исследования, проводимые в течение ряда лег по Государственной научно-технической программе "Мировой океан", были ориентированы на разработку проектов АНПА, в системах управления которых предполагалось использование элементов искусственного интеллекта. В конкретных разработках эта проблема имела своей целью создание поисково-обследовательского (ОП) АНПА, оснащенного автономными системами навигации, управления поведением и технического зрения. В ОП АНПА последовательность режимов движения

должна формироваться в соответствии с программой-заданием обобщенного вида, которая по отношению к структуре обзорно-поискового аппарата характеризуется как верхний уровень управления. В пространственном движении аппарата необходимо сочетать режимы целенаправленного выбора трассы в условиях сложного рельефа дна, коррекции траекторий, обследования областей и объектов, позиционирования в точке. В более общей постановке требовалось решение задачи ориентирования аппарата по характерным элементам рельефа или иных физических полей.

Отмеченная выше условность грани между различными типами АНПА проявляется достаточно наглядно на примерах решения задач по геологической разведке морского дна, батиметрии, исследованию микрорельефа дна и ряда других подобных задач. В принципе, идеология построения систем и методы управления движением аппаратов, ориентированных на решение различного рода геофизических и геологических задач, могут быть такими же, как и у специализированных поисково-обследовательских аппаратов. Некоторое отличие может быть только в используемом целевом исследовательском оборудовании и способах интерпретации полученных данных. Попытки подобной универсализации предпринимались в некоторых зарубежных разработках аппаратов, в частности, как уже отмечалось, при разработке AUV "Odyssey". Аналогичные работы, проводимые в ИПМТ ДВО РАН в интересах морской геологии, завершились созданием аппаратов MT-S8 и МТ-ГЕО.

Одной из наиболее важных задач при создании аппаратов являлась задача построения комплексированной навигационной системы (КНС) на основе совместной обработки информации бортовой автономной и гидроакустической систем. Исследования, выполненные автором совместно с М.Д. Агеевым и А.Ф. Шербатюкоы, позволили определить структуру системы и метод решения навигационной задачи путем коррекции счисленных значений координат на основе даль-номерной информации ГАНС. В подобном варианте разработаный макет системы был установлен и испытан на АНПА MT-8S.

Исследования в области построения систем приведения, позиционирования при обследовании объектов и стыковки осуществлялись в рамках НИР "Клотик-АН". В качестве основных вариантов рассматривались способы управления с ориентацией по гидроакустическому и электромагнитному приводным маякам. Как обобщение рассматривалась задача маневрирования в малой области с использованием информации навигационной и эхолокационной систем и системы тех-

нического зрения. Некоторые результаты этих исследований были использованы при разработке макета системы приведения и стыковки, а также при разработке системы позиционирования для аппаратов ТЭЬ и СП. — 01.

Расширение функциональных возможностей АНПА связано с развитием внутренней структуры и технологии систем, что дает возможность для реализации многозадачного управления движением и адаптивных алгоритмиов осуществления пространственных траекторий. Исследования в этой области, связанные п определенной мере с разработкой аппаратов ТБЬ, СП — 01, ОКРО-бООО и других проектов, основаны на использовании средств стендовой имитационной отладки систем и моделей многозадачного управления. Исследованные в работе динамические модели движения и алгоритмы управления с адаптивной коррекцией параметров, траекторий и функций поведения используются в вычислительных комплексах при создании программного обеспечения универсального АНПА и его основных систем.

В Приложении к диссертации приведены материалы по краткому обзору зарубежных аппаратов и разработок ИПМТ ЛВО РАН, представлены иллюстрации аппаратов и их технические характеристики.

Основные результаты работы

1. Для организации пространственного движения АНПА определен класс задач траекторного обследования объектов, областей, физических полей, основанный на формировании и коррекции целенаправленных траекторий с планированием поведения и ориентированием во внешней среде. Исследованы обобщенная структура системы управления движением и особенности задач с учетом существующих динамических и навигационных требований.

2. Разработаны алгоритмы управления движением АНПА для всего многообразия задач и режимов движения при осуществлении целенаправленных маршрутов, маневрировании в ограниченной области, позиционировании вблизи объекта или заданной цели. Определены критерии управления, минимизирующие интегральные ошибки позиционной и курсовой коррекции, протяженность трассы, размеры области поисковых движений.

3. В наиболее общих задачах траекторного обследования физических полей и их аномалий обоснован принцип формирования управления по характерным элементам полей и коррекции программных траек-

торий на основе данных о пространственной изменчивости поля или аномалии, создаваемой объектом поиска. Алгоритм управления для решения двух взаимосвязанных задач - ориентирования по характерным элементам поля и организации движения по изолиниям - обеспечивает выбор ориентиров и направления движения вдоль траектории. При этом поисковый алгоритм оперирует данными об управляющем поле, сводя задачу управления к осуществлению и коррекции программной траектории.

4. Обоснован способ адаптивной коррекции и самонастройки параметров управления при изменении характеристик системы в широком диапазоне. Построена структура коррекции управления, основанная на сочетании алгоритмов квазилинейной коррекции эталонной модели с постоянными параметрами и коррекции модели прогнозируемого движения с обобщенными возмущениями. Коррекция управления обеспечивает требуемые динамические свойства системы при наличии многих неблагоприятных факторов на основе достаточно простых вычислительных моделей и процедур.

5. Полученные в работе теоретические результаты реализованы во многих практических разработках ИПМТ ДВО РАН, что подтверждается приводимыми экспериментальными данными и соответствующими прилагаемыми документами. Результаты исследований по динамике и методам осуществления программных траекторий использованы во всех практических разработках ИПМТ ДВО РАН: в АНПА "Скат-гео", Л-1 (Л-2), Р-1 (Р-2), "Тифлонус", МТ-88, С Я-01, ОКРО-6000, ТБЬ.

Методы и алгоритмы шмплексирования и коррекции в навигационных системах, алгоритмы осуществления целенаправленных корректируемых движений использованы в ряде научно-исследовательских работ и проектов и при создании экспериментальных образцов систем управления, наведения и позиционирования.

Наиболее общие теоретические результаты работы ориентированы на их использование в разрабатываемых и перспективных проектах.

В заключение автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность академику М.Д.Агееву, а также всем коллегам, чей коллективный труд по созданию подводных технических средств а ИПМТ ДВО РАН так или иначе сказался на результатах настоящей работы.

Основные публикации по теме работы

[3] Агеев М.Д., Касаткин В.А., Киселев Л.В. и др. Автоматические подводные аппараты. Л.Судостроение, 1981,294 с.

[2] Агеев М.Д., Киселев Л.В., Рылов Н.И. Автоматический подводный аппарат для исследования шельфа // Судостроение, 1977,№1,с.24-27.

[3] Агеев М.Д.,Киселев Л.В.и др. Автономные подводные роботы для глубоководных исследований // Судостроение, 1981,№12, с.6-9.

[4] Киселев Л.В. Установившиеся движения и управляемость подводного аппарата // В сб.: Подводные аппараты с программным ■ управлением и их системы. ДВНЦ АН СССР, Владивосток, 1977, с.42-55.

[5] Киселев Л.В., Никифоров В.В. Алгоритмы и динамика систем стабилизации подводного аппарата //В сб.: Подводные аппараты с программным управлением и их системы. ДВНЦ АН СССР, Владивосток, 1977,с.56-71.

[6] Киселев Л.В. Траекторное обследование гидрофизических полей // В сб.: Подводные аппараты с программным управлением и их системы. ДВНИ АН СССР,Владивосток,1977,с.117-127.

[7] Агеев М.Д., Киселев Л.В., Щербатюк А.Ф. Комплексирование и коррекция в навигационных системах подводных роботов. Препринт ИАПУ, Владивосток, 1981, 45 с.

[8] Киселев Л.В., Никифоров В.В. Устройство для удержания подводного аппарата на заданном расстоянии от дна. Авторское свидетельство на изобретение № 632236,1978.

[9] Геращенко Е.И.,Киселев Л.В. Об устойчивости одной системы регулирования с форсированным скользящим режимом // Дифф. уравнения, 1965,т.1,№12.

[10] Геращенко Е.И., Киселев Л.В. Приближенный апализ нелинейных автоматических систем методом разделения движений // Изв.АН СССР, ТК.,1970,№2,с.213-221.

[11] Геращенко Е.И., Киселев Л.В. и др. Применение метода разделения движений к анализу и синтезу нелинейных автоматических систем // В сб.трудов 5-го конгресса ИФАК, Париж,1972.

[12] Агеев М.Д., Киселев Л.В. и др. Автоматический автономный подводный аппарат //в сб.тезисов докладов 6-го Всесоюзного симпозиума по роботам.М., Тольятти,1975.

[13] Киселев Л.В., Молоков Ю.Г., Никифоров В.В. Алгоритмы управления движением подводного аппарата //В сб.тезисов докладов 1 Всесоюзной конференции "Океанотехника", Владивосток,1976.

[14] Киселев Л.В. Управление движением автоматического подводного апппарата при поиске объектов //В сб.тезисов докладов Всесоюзного совещания по робототехническим системам. М.:Наука, 1978,с.128.

[15] Агеев М.Д., Киселев Л.В., Щербатюк А.Ф. Комплексирование и коррекция в навигационных системах информационных подводных роботов ¡J В сб.тезисов докладов Всесоюзного совещания по робототехническим системам, Минск,1981.

[16] Киселев Л.В. Возможности построения информационно- управляющего комплекса АНПА Ц В сб. тезисов докладов 4-й Всесоюзной конференции "Океан", Владивосток, 1983, с.70.

[17] Киселев Л.В., Инзарцев A.B. Управление целенаправленным движением АПР вблизи дна // В сб.тезисов докладов Всесоюзного совещания по техническим средствам изучения океана.М., 1985.

[18] Агеев М.Д., Киселев Л.В., Кобаидзе В.В. Информационно- управляющий комплекс АПР //В сб.: Подводные роботы и их системы. Владивосток, 1987. с.58-80.

[19] Insartsev A.V.,Kiseljev L.V.,Lvov C>,Yu. Underwater Robot Motion Adaptiv Control//Proc.of the PACON '90.Tokio,90.

[20] Ageev M.D., Kiseljev L.V., Scherbatyuk A.Ph. Integreted Positioning System for AUV// Proc. of the Underwater Int. Conf., 1989,Vancouver.

[21] Ageev M.D., Kiseljev L.V., Scherbatyuk A.Ph. Tasks for the Autonomous Underwater Robot// Proc.of the URIC '92, Pisa,1992.

[22] Kiseljev L. V., KhmelkovD.B. Dynamic Properties of AUV" Typhlonus" // Proc.of the Oceans'94 Conf., Brest,Pranch.

[23] Киселев JI.В., Молоков Ю.Г., Львов О.Ю. Имитаторы стендовой динамической отладки систем АПР// В сб.: Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1990, с.23-30.

[24] Киселев Л.В., Львов О.Ю. Адаптивное управление движением подводного аппарата //В сб.: Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1988, с.77-84.

[25] Киселев Л,В., Юдаков A.A. Динамика подводного робота при траекторном обследовании объектов // В сб.: Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1992,с.28-50.

[26] Киселев Л.В. О точности стабилизации АПА// В сб.: Подводные роботы и их системы, Дальнаука, 1995, с.84-93.

[27] Киселев Л.В. О некоторых нелинейных алгоритмах коррекции динамики АНПА // В сб.: Морские технологии, Дальнаука, 1996, с.37-49.

[28] Создание автономного автоматического подводного аппарата для исследования и освоения океана //Отчеты по НИРД-З этапы. Отв.исполн. Киселев Л.В, ИАПУ, 1972-76.

[29] Создание автоматических погружаемых аппаратов для исследования океана и выполнения подводно-технических работ // Отчеты по НИР. 1-5 этапы. Отв.исполн. Киселев Л.В, ИАПУ, 1976-80.

[30] НИР " Лортодромия 2-АН", НИР "ЛортодромияЗ-ДВН" // Спецотчеты, 1-5 этапы. Отв. исполн. Киселев Л.В., 1976-86.

[31] Исследование и разработка систем управления и навигации для многоцелевых АПА // Отчеты по НИР ОКП "Мировой океан", проблема 0.74.01, Задание 08.41,1-5 этапы. Отв.исполн.Киселев Л.В., ИАПУ, 1981-85.

[32] НИР "Комплекс-АН"//Спецотчеты. 1-5 этапы. Отв.исполн. Киселев Л.В., 1986-90.

[33] Теоретические и экспериментальные исследования информационно-управляющих систем подводного информационного робототехнического комплекса// Отчеты по НИР ОКП "Мировой океан", задание 12.03.06, 1-5 этапы, ИАПУ,ИПМТ ДВО РАН. Отв.исполн. Киселев Л.В.,1986-90.

[34] НИР "Разум" // Отчеты, 1-2 этапы. Отв.исполн. Киселев Л.В., 1990-91.

[35] Автономные необитаемые подводные аппараты //Отчеты по НИР ОКП "Мировой океан", проект 06.03.02, 1-2 этапы. Отв.исполн. Киселев Л.В., ИПМТ ДВО РАН, 1991-95.

[36] Исследование проблем создания роботизированного комплекса технических средств с использованием перспективных глубоководных АНПА и интеллектуальных роботов// Отчеты по НИР "Клавесин-ДВО", 1-2 этапы. Отв.исполн. Киселев Л.В.,1992-94.

[37] Поиск путей создания автоматических систем наведения и стыковки интеллектуальных автономных подводных роботов с причальными сооружениями, подводными и надводными носителями //Отчеты по НИР "Клотик-АН", 1-3 этапы. Отв.исполн. Киселев Л.В., 1993-95.

Лев Владимирович КИСЕЛЕВ

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА ПРИ ТРАЕКТОРНОМ ОБСЛЕДОВАНИИ ОБЪЕКТОВ, ОБЛАСТЕЙ, ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Автореферат

Лицензия Л Р №040118 от 15.10.96 г. Подписано к печати 03.09.97 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл.п.л. 3,25. Уч.-изд.л. 3,01. Тираж 100 экз. Заказ 154

Отпечатано в типографии издательства "Дальнаука" ДВО РАН 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 7

Введение

Глава 1 Организация пространственного движения АНПА и задачи управления движением

1.1 Общая структура системы управления движением

1.2 Формальная модель пространственного движения АНПА

1.3 Управление движением АНПА на основе жестких циклических программ и алгоритмов

1.4 Выбор трассы при сложном рельефе дна

1.5 Организация движения и особенности навигационной коррекции при переходах АНПА в удаленный район

1.6 Организация движения при поиске и обследовании протяженных объектов.

1.7 Управление движением и ориентацией АНПА в малой области пространства

1.8 Управление движением при траекторном обследовании полей и их локальных аномалий

1.9 Коррекция и адаптивная настройка параметров управления

Глава 2 Динамическая модель АНПА

2.1 Уравнения пространственного движения

2.2 Гидродинамические характеристики.

2.3 Характеристики управляющих воздействий

2.4 Имитационная динамическая модель (ИДМ).

Глава 3 Управление движением АНПА при поиске и траекторном обследовании объектов

3.1 Стабилизация и коррекция курса при осуществлении жестких или циклических программ.

3.2 Позиционная коррекция счисленных координат

3.3 Коррекция движения при маневрировании в малой области и позиционировании в точке.

3.4 Поиск и отслеживание протяженного объекта

3.5 Управление движением, ориентацией и позиционированием при обходе объекта по контуру

Глава 4 Осуществление траекторий движения АНПА по обобщенным ориентирам полей и их аномалий

4.1 Задача управления на основе априорных данных о структуре поля

4.2 Управление движением при поиске и отслеживании изолиний поля

4.3 Управление движением в поле аномалии

Глава 5 Адаптивная коррекция параметров системы управления движением АНПА

5.1 Основные свойства и задачи управления

5.2 Динамические свойства АНПА. Устойчивость движения и алгои ритмы коррекции

5.3 Адаптивная коррекция управления при обобщенных возмущениях

Глава 6 Использование теоретических выводов для решения практических задач управления движением АНПА

Современный этап исследования и освоения Океана, обусловленный возрастающими потребностями в решении широкого круга научных и прикладных задач, нельзя представить без использования разнообразных технических средств.

В развитии морских технологий важная роль принадлежит необитаемым подводным аппаратам (НПА): буксируемым, телеуправляемым, привязным, автономным. На первом этапе становления и развития НПА деятельность боль-шинства занимавшихся ими компаний была ориентирована на создание привязных аппаратов и соответствующих им кабельных линий связи. Последующее совершенствование техники шло от простейших аппаратов, оснащенных системами для обзора морского дна и подводных конструкций, к рабочим аппаратам, оборудованным манипуляторами и другими устройствами для сбора образцов и выполнения простейших видов работ.

Во второй половине 70-х годов наметился определенный кризис в развитии привязных НПА, стали очевидны ограничения, обусловленные наличием кабеля. Для преодоления возникших трудностей многие фирмы, имеющие опыт морских работ, стали смещать акцент на проектирование и изготовление авто-номных необитаемых аппаратов, перспективность которых возросла в связи с развитием элементной базы робототехники и средств миниатюризации. Простейшие образцы автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) с программным управлением использовались и ранее в узко специализированных работах и прикладных исследованиях. По своим функциональным возможностям они уступали привязным аппаратам, но имели ряд важных преимуществ, которые и оказались решающими при выполнении обзорно-поисковых и исследовательских работ на больших глубинах.

К концу 70-х годов опыт создания АНПА был достаточен для того, чтобы говорить о возможности перехода к многоцелевым глубоководным комплексам, оснащенным автоматизированными системами сбора и накопления информации. Можно отметить достижения таких фирм, как Канадская ISE (International Submarine Engineering), Американская NOSC (Naval Ocean Systems Center), французская IFREMER. Необходимо отметить, что библиографические сведения о разработке и использовании аппаратов данного типа являлись первоначально весьма скудными и носили, в основном, характер сообщений информационно-обзорной печати.

Работы по созданию и использованию АНПА в нашей стране были начаты в 1972 году в Институте автоматики и процессов управления Дальневосточно-t го научного центра и с 1988 года были продолжены во вновь организованном

Институте проблем морских технологий ДВО РАН. Первый экспериментальный образец АНПА, получивший название "Скат-гео", был предназначен для проведения геодезических работ на шельфе [1,2,10]. В дальнейшем велась работа по созданию глубоководных АНПА на основе модульной технологии систем и унифицированной структуры управления [3-9].

В интенсивно развивающейся отрасли робототехники АНПА, представляющие новый класс объектов для подводных исследований, были отнесены к информационным автономным подводным роботам (АПР). Первые теоретические труды в области подводных роботов были посвящены, в основном, исследованию общих принципов проектирования и абстрактно-обобщенных моделей управления [11-12]. Некоторым вопросам гидродинамики подводного аппарата, рассматриваемого как тело, движущееся в вязкой среде, были посвящены работы [14,15]. Вместе с тем, первые теоретические попытки исследования АНПА с учетом реальных требований и функциональных особенностей систем были ограничены сравнительно простыми задачами командно-программного управления и традиционными моделями их описания [10,13,16].

Исторически наибольшее практическое значение в развитии АНПА имели обзорно-поисковые задачи. Первоначально их суть заключалась в обеспечении эхолокационной и фотографической съемки дна по площади с целью поиска и обнаружения затонувших объектов, а также в проведении различ-р ных физических измерений по характерным маршрутам и профилям. Последующая практика проведения обзорно-поисковых работ показала, что во многих случаях из-за сложности условий поиск путем "прочесывания" площади оказывается недостаточно результативным и не дает полной картины о состоянии объекта поиска. Вследствии этого возникает необходимость в детальном обследовании района с помощью специализированной съемочной аппаратуры, а сами задачи управления несколько усложнились благодаря включению в них функций обследовательского характера. Специализация аппаратов на решении подобных задач привела к появлению отдельного класса обзорно-поисковых и обследовательских АНПА, имеющих в своем составе соответствующие информационно-измерительные и навигационно-управляющие средства.

Дальнейшее развитие АНПА происходило под влиянием двух противоположных тенденций - специализации и универсализации, что, по-видимому, отражает соперничество отраслевых и общих научно-исследовательских проблем по изучению Океана.

В приведенной ниже таблице представлены наиболее значительные зарубежные разработки АНПА и разработки ИПМТ ДВО РАН, сопоставленные по назначению и, соответственно, по методам управления.

Назначение АНПА Зарубежные ИПМТ ДВО РАН

Обзорная площадная съемка дна, поиск и обследование объектов AUSS - США ARCS, Theseus - Канада ХР- 21 - США АЕ1000 - Япония Л-1,Л-2 Р-1,Р-2

Картографирование дна, геологоразведка NDRE - Норвегия R1 (robot) - Япония Epaulard - Франция ОКРО-6000 МТ-ГЕО CR - 01А

Многоцелевые океанографические исследования. Odyssey - США MARIUS - Европейский консорциум МТ-88 Тифлонус SKAT-NEO (проект)

Основные характеристики перечисленных аппаратов и иллюстрации, относящиеся к ним, в том числе рабочие фрагменты и некоторые экспериментальные материалы, представлены в Приложении, а также в других разделах работы.

Обзорно-поисковые и обследовательские задачи

Остановимся на конкретных примерах использования АНПА для выполнения различных подводных работ.

Первый опыт ИПМТ ДВО РАН по практическому применению АНПА относится к проведению глубоководных поисковых работ в Северном море в 1982-83 годах с помощью АНПА Л-2. В результате проведенных работ были получены детальные карты дна на основе эхолокационной и фотографической съемки. Обследование выполнялось путем покрытия определенной области сетью траекторий и многократного прохождения аппарата заданными галсами. С помощью гидроакустической навигационной системы (ГАНС), содержащей донные приемо-ответчики, бортовой навигационный блок и судовой вычислительный комплекс, осуществлялось слежение за траекторией движения аппарата в процессе его работы.

В дальнейшем АНПА Л-2 был оснащен системой телеуправления по гидроакустическому каналу, позволяющей выполнять дистанционную коррекцию курса и передавать ряд простых экстренных команд. В 1987 году аппарат использовался для поиска и обследования затонувшей подводной лодки в Саргассовом море, а в 1989 году подводной лодки "Комсомолец". Схема обследования ПЛ "Комсомолец" и фрагменты фотосъемки ее корпуса приведены на рис.1.

Эффективность выполненных поисковых работ была обусловлена, прежде всего, той конструктивно-функциональной технологией, которая использовалась при создании АНПА. Однако при этом выявились и достаточно очевидные ограничения, обусловленные жесткой структурой управления и отсутствием возможности для автономной коррекции движения.

Из зарубежных обзорно-поисковых автономных подводных аппаратов (AUV I - Autonomous Underwater Vehicle) типичным примером является AUV AUSS (Advanced Unmanned Search System), созданный в 1991 году в военно-морском центре США (NOSC) [18-20]. Прототипом AUV AUSS служил аппарат EAVE-III, модифицированный на основе привязного аппарата CURV. Основное назначение AUV AUSS - эхолокационный обзор дна, поиск и фотосъемка объектов. Аппарат может быть использован в автономном и супервизорном режимах управления при длительности автономной работы до 10 часов. Аппарат оснащен гидролокаторами бокового и переднего обзора, фото и видеокамерами, устройствами обработки и документирования данных. Имеются интегральная навигационная система, содержащая гирокомпас и доплеров-> ский лаг, длинно-базовая дальномерная гидроакустическая навигационная система, гидроакустическая система связи. В [18-19] описан пример использования аппарата при поиске затонувшего самолета вблизи Калифорнии на глубине около 1300 м. Общий вид аппарата показан на рис.Ш Приложения, а на рис.2,3 приведены схема организации работы при поиске и фрагменты высокоразрешающей эхолокационной съемки участков дна и фотосъемки затонувшего объекта.

Для управления движением аппарата первоначально использовался, в основном, супервизорный режим с передачей телеинформации по акустическому каналу связи. Автономный режим применялся преимущественно при перемещениях на относительно большие расстояния. В окончательной модификации с помощью супервизорного режима осуществлялись функции управления работой эхолокаторов и фото-видео камер, а автономный режим - для выработки навигационных данных и исполнения заданных программных действий, в частности, для выполнения несложных поисковых траекторий, малых перемещений над объектом и зависания.

Очевидно, что вследствие ограниченных возможностей акустического канала связи подобное комбинирование автономного и дистанционного режимов управления является эффективным лишь при работе аппарата на ограниченной площади и при относительно небольшой глубине.

Рис.1. Схема обследования ПЛ "Комсомолец" и СВК с поиощью АНПА Л-2 fiUSS.TL'S IMAGE rllEFI3SG35t.Tr " . ': ■■ ■

CrtJTctf on 5 2*1992 at13:08M2 in dirietory IK6\p:VE41 J6WJ Ujiies •: ' 1 •

Fts~fCR4tT Sj'CtC.i 'PSCS SSL . 4S FLS ftinat 'Зой - .

BUSS CCD IMAGE FILE C172343A,TIF . ■ , ■

Created on 5-27-1992 at 17;38:86 tn directory IffcNDWEMB 17420 Bytes

CCD FORMAT ¿ CCD .-.iPSti.SSLi JSLSL CCD ALTITUDE - 5Ut,

Рис.3. AUSS. Пример эхо локационной и фото-съемки затонувшего самолета

Разработки Канадской компании ISE ориентировались на протяжении многих лет на исследование Арктического бассейна. Разработанный в конце 80-х годов AUV ARCS предназначался для обследования ледовой обстановки и выполнения гидрографических работ подо льдом на глубинах до 365 м. Аппарат оснащался системами, позволяющими обследовать площадь дна свыше 3 кв.миль, двигаясь по заданному маршруту и обходя препятствия. По завершению программы аппарат должен был возвращаться в точку базирования. Между аппаратом и ледовой базой (или судном) при небольших дистанциях устанавливалась двухсторонняя гидроакустическая связь. В 1993-95 годах опыт работы с аппаратом ARCS был использован при создании AUV Theseus, предназначавшегося для выполнения подледных исследований, обзорно-поисковых работ и укладки на дно оптического кабеля [21-23].

Использование аппарата для работы подо льдом накладывает специфические требования к системам навигации и управления движением, в особенности при повышенной автономности аппарата. В частности, необходимо, чтобы бортовой автономный навигационный комплекс вычислял с требуемой точностью локальные или географические координаты аппарата, используемые системой управления для формирования и коррекции программы движения. Необходимо также, чтобы аппарат имел возможность возвращения в исходную точку по завершению работы. К сожалению, в указанных выше работах отсутствуют данные об особенностях управления движением и программном обеспечении. Из приведенных данных можно отметить лишь общие критерии, предъявляемые к динамике аппарата, маневренности, сопротивлению, резервированию функций с учетом возможных нарушений движения вблизи дна и нижней кромки льда.

Поскольку аппарат (Рис.П2 Приложения) имеет довольно большие массу (около 9000 кг) и размеры (длина 11 м), его динамические характеристики, достигаемые при использовании носовых и хвостовых гидродинамических крыльев, значительно уступают характеристикам ряда других аппаратов, в том числе и созданных в ИПМТ ДВО РАН. В работе [21] приведен пример реализованной траектории аппарата при его испытаниях в Арктике (рис.ПЗ Приложения). Общая длина пройденного пути при испытаниях составляла 5700 м, наибольшее удаление от базы 2720 м. Хотя приведенный пример недостаточен для оценки свойств аппарата, тем не менее он дает представление о задачах управления и некоторых особенностях их реализации.

Принципиальная возможность использования АНПА для обследования протяженных объектов (подводных кабелей, трубопроводов, коммуникаций) неоднократно отмечалась в специальной литературе, однако практическая разработка наталкивается на значительные технические трудности. Примерами могут служить зарубежные AUV ХР - 21 (США), АЕ1000 (Япония).

Многоцелевой автономный аппарат ХР — 21 [34], разработанный корпорацией ART (США) на основе привязного аппарата, применялся первоначально для батиметрии и геофизических исследований. В модернизированном проекте основное назначение - обследование трубопроводов. На рис.4 схематически показаны два варианта выполнения эхолокационной съемки с помощью аппарата - обследование дна по площади и обследование трубопровода. В первом варианте аппарат выполняет зигзагообразную траекторию (меандр) в горизонтальной плоскости, покрывая площадь вблизи донного акустического приемо- ответчика. С помощью ультракороткобазовой ГАНС осуществляется слежение за работой аппарата на борту обеспечивающего судна, но возможен также вариант работы аппарата без сопровождения. В опубликованных рабо-i тах не содержится, к сожалению, конкретных сведений о структуре и методах управления движением аппарата, но можно предположить, что при их выборе использованы достаточно стандартные решения.

Небольшой маневренный аппарат AUV АЕ 1000 (AquaExplorer 1000) [27-29], разработанный в 1992 году в Токийском университете, предназначен для инспекции подводных кабелей на глубинах до 1000 м. Аппарат имеет стандартный набор оборудования. Обследование кабеля осуществляется с помощью трехкомпонентного магнитометра, по сигналам которого определяются ориентация и смещение аппарата относительно кабеля. На рис.Пб Приложения показана схема работы аппарата, иллюстрирующая этапы погружения, поис-I ка и отслеживания кабеля, всплытия со сбрасыванием балласта.

При создании аппарата для поиска и обследования протяженных объектов предъявляются повышенные требования по автономности и дальности хода, что обеспечивается благодаря оптимизации энергоресурсов, ходовых и гидродинамических свойств аппарата. Кроме того, при организации структуры управления ставится задача обеспечения высокой живучести аппарата и выработки адаптивного поведения при поиске и обнаружении объекта. С помощью бортовой навигационной системы (БНС), содержащей инерциальную навигационную систему (ИНС), доплеровский абсолютный лаг, эхолокаторы и пилотажные датчики, определяются параметры угловой ориентации аппарата, параметры динамического состояния и географические координаты, причем для эпизодической коррекции координат используется информация спутниковых систем GPS или GLONAS. Система технического зрения (СТЗ), содержащая обзорные гидролокаторы, ТВ-систему с функциями обработки и распознавания видеоизображений, систему дистанционного поиска, служит для обнаружения объекта и выработки данных, необходимых для управления движением и поведением аппарата.

Очевидно, что при создании подобного "интеллектуального" аппарата объектами теоретических исследований являются принципы организации его управляющей структуры, задачи и методы управления, функциональные особенности отдельных систем.

Рис.4. Схема работы АиУ ХР-21 при поиске и обследовании трубопровода

В обзорно-поисковых и обследовательских АНПА эти проблемы обусловлены преимущественно необходимостью ориентирования аппарата в неизвестной среде и формированием управлений, удерживающих аппарат вблизи обследуемого объекта. При этом, как правило, к аппарату предъявляются высокие требования по маневренности и динамике.

Исследовательские и многоцелевые аппараты

Съемка и картографирование днсЦ ¿1 также батиметрические и другие измерения относились к числу наиболее важных и трудоемких задач с появления первых образцов АНПА. Первоначально постановка этих задач осуществлялась по аналогии с обзорно-поисковыми задачами на основе жесткой структуры управления и ограниченного набора программ движения. Для реализации типовых опорных программ движения в толще воды и вблизи дна с пологим рельефом использовался линейный автопилот. В частности, подобная структура получила применение в таких аппаратах как "Скат-гео" [1,2] и "Ераи1агсГ французской фирмы 1Р11ЕМЕ11 [17]. Вместе с тем очевидно, что для картографирования, батиметрии и других подобных задач недостаточно иметь набор простейших управляющих программ, необходимо, кроме того, иметь и соответствующее навигационное обеспечение, позволяющее осуществлять привязку района работы к географическим координатам, документировать измерения и проводить при необходимости повторный эксперимент. Совершенствование аппаратуры для гидрофизических измерений позволило развить способы, основанные на непрерывных измерениях вдоль некоторых параллельных профилей и прямолинейных траекторий. При этом достигается повышение как эффективности измерений, так и точности интерполяции по реализациям поля вдоль траекторий. В этом отношении можно отметить, что функциональные возможности АНПА значительно расширяют границы подобных применений. Определенный опыт в этой области был получен при разработке АНПА "Тифлонус", предназначавшегося первоначально для подледных геофизических измерений и модифицированного впоследствии для выполнения морских акустических исследований и гравиметрии.

В 1988 году в ИПМТ ДВО РАН был создан АНПА МТ-88, предназначенный для картографирования и обзора дна, проведения геофизических и геодезических, работ, поиска полезных ископаемых на больших глубинах, выполнения океанографических измерений [5]. В 1988-89 гг. по контракту с НПО " Дальморгеология" в рамках программы "Интерокеанметалл" проводились экспериментальные работы по обследованию районов залегания железомар-ганцевых конкреций (ЖМК) в Тихом океане на глубинах до 4500 м. С помощью аппарата производились точная батиметрическая эхолокационная и фото-телевизионная съемка участков дна. В процессе съемки дна за каждое погружение аппарата может быть получено 3000 фотоснимков, видеозапись изображений микрорельефа, изображения дна с помощью гидролокатора бокового обзора (ГБО).

В последующие годы АНПА МТ-88 служил прототипом для создания серии аппаратов, предназначенных для выполнения исследовательских и геологоразведочных работ. На его основе по заказу НПО "Дальморгелогия" был разработан аппарат МТ-ГЕО, в структуре управления которого были реализованы локальная микропроцессорная вычислительная сеть и специальный язык программирования высокого уровня [62-64]. В подобной же модификации были разработаны АНПА Р-1, Р-2, предназначенные для выполнения поисковых и аварийно-спасательных работ.

В 1992 году в Массачусетском технологическом институте (США) был разработан малогабаритный аппарат "Odyssey", предназначенный для океанографических измерений на глубинах до 6000 м, в частности, для проведения батиметрической съемки, в том числе и подо льдом [26]. Испытания аппарата проходили в прибрежных водах и в Антарктике.

По перспективным программам предполагается использование аппарата для изучения активных придонных источников (например, гидротермален), обследования нефтяных разработок, исследования широкомасштабных океанических структур, мониторинга водной среды.

Очевидно, что столь разнообразные применения аппарата могут быть реали-► зованы только при высоком уровне организации всей системы управления и при использовании надежных и высокоточных методов управления движением. При разработке аппарата исследовались многоуровневые и многозадачные структуры управления и адаптивные алгоритмы динамики, в частности, алгоритмы с нечеткими и скользящими режимами (fuzzy and sliding mode [77-80]).

Аналогичный принцип управления был принят в AUV MARIUS, разработка которого осуществлялась по программе международного Европейского консорциума [24,25]. Аппарат предназначен для океанографических исследований на шельфе, в частности, для съемки дна и измерения различных параметров водной среды. В структуре аппарата реализована интегральная навигационно-управляющая система, в которой информация от различных источников имеет разные частоты обновления (Multi-rate navigation), а для управления движением используется метод программной настройки коэффициентов усиления (Gain-scheduled control). Оптимизация управления осуществляется с помощью имитационной динамической модели аппарата и идентификации параметров на основе теоретических и экспериментальных результатов. Следует, однако, отметить, что при достаточно развитой общей структуре управления задачи управления движением ограничиваются, по-существу, выбором гидродинамических характеристик аппарата и стабилизацией сравнительно простых тра-f екторий.

К исследовательским аппаратам для съемки и картографирования дна можно отнести норвежский AUV NDRE [30].

Аппарат NDRE (Norvégien Defence Research Esteblishment) проектировался на основе новой энерготехнологии как универсальный дальнодействующий аппарат, предназначенный для поиска и разведки объектов, картографирования дна, инспекции трубопроводов. Для решения этих задач аппарат оснащен многолучевым дальномерным эхолокатором, измеряющим расстояния до дна в различных направлениях в секторе обзора. Положение аппарата определяется по принципу корреляционно-экстремальных навигационных систем путем сравнения полученного профиля дна с батиметрической картой. В процессе испытаний аппарата вблизи норвежских берегов отрабатывались различные \ варианты коррекции траекторий аппарата при картографировании дна. На рис.П8 Приложения приведен пример осуществления трассы движения аппарата по заданной батиметрической карте.

R1 робот [31] - проект AUV, разработанный Токийским университетом и корпорацией Мицуи для исследования геологических и океанологических структур. Первый этап проекта (1992-95 годы) - разработка аппарата для глубин до 400 м, второй этап (1995-98 годы) - до глубин 3000м. Конструктивная схема аппарата и схема его использования показаны на рис. П9.

Определенный этап в разработках ИПМТ ДВО РАН составляют международные проекты, целью которых является создание новых типов АНПА на 1 основе современных технологий и исследования в области нетрадиционных перспективных применений.

В АНПА CR — 01 [109,110], созданном на основе сотрудничества между ИПМТ ДВО РАН и Шеньянским институтом автоматики (КНР) для глубоководных геологических исследований, функции управления осуществляются с помощью промышленных процессорных модулей фирмы WinSystems и специально разработанного интерфейса. В структуре системы управления использованы элементы многозадачной программной среды и отображения накапливаемой информации. Аналогичный подход к построению системы управления принят в АНПА ОКРО-бООО, созданном по совместному проекту ИПМТ ДВО РАН с Южно-корейской корпорацией DAEWOO. Более подробное описание и характеристики аппаратов приведены в Приложении, а также в других разделах работы.

Сотрудничество с французской фирмой IFREMER было посвящено разработке концепции многоцелевого аппарата для широкомасштабных океанографических измерений, в частности, для акустического профилирования дна и гравиметрии. В рамках творческого соглашения был разработан проект AUV "SKAT-NEO" [46,47], в котором предусматривалось использование средств комплексной навигации и методов управления, позволяющих осуществлять прецизионное движение аппарата.

К области нетрадиционных применений относятся проекты аппаратов TSL (Tunnel Sea Lion) и Solv-AUV.

Автономно-привязной аппарат TSL, созданный по совместному инициативному проекту с фирмой Marine Hibbard (США), предназначен для инспекции во-дозаполненных тоннелей, водоводов, но может быть использован и для обычных целей при обследовании бухт и прибрежных акваторий. Аппарат оснащен системами, позволяющими осуществлять осевое движение вдоль тоннеля и позиционирование с осмотром и визуальным отображением стенок водовода.

Солнечный" аппарат Solv-AUV, принципиальные аспекты которого исследованы в работах [49,51], разрабатывается по проекту, инициированному на основе совместного соглашения с Нью-Хемпширским университетом (США).

Проектом предусматривается использование аппарата для длительных автономных океанографических измерений в Океане в режиме регулярного всплытия на поверхность для подзарядки солнечных батарей. Использование новой энерготехнологии и нестандартной конструкции приводит также к принципиально иным решениям при выборе методов навигации и управления.

Приведенный краткий обзор зарубежных и отечественных АНПА позволяет сделать вывод о том, что в организации систем и общих принципах управления преобладающими являются тенденции к многозадачным структурам и адаптивным методам осуществления сложных пространственных движений. Разнообразие задач управления движением требует их адекватного описания и использования динамических моделей, учитывающих особенности самого аппарата как объекта управления и, кроме того, функциональные особенности систем, динамические требования и условия внешней среды. Для формирования алгоритмов управления во многих случаях требуется интегральная обработка данных, поступающих от различных систем, в частности, навигационной системы, системы технического зрения, системы поиска и обнаружения объектов.

Таким образом, мы приходим к постановке теоретической проблемы, которая включает в себя:

• исследование многозадачной структуры системы управления пространственным движением АНПА, математическую формализацию задач и динамических требований,

• построение динамической модели пространственного движения, отражающей гидродинамические свойства АНПА и возможности идентификации параметров модели по траекторным измерениям вектора состояния,

• исследование и разработку алгоритмов управления движением и ориентацией АНПА при осуществлении целенаправленных и корректируемых программных траекторий в толще воды и вблизи дна,

• исследование динамических свойств системы управления (управляемости, устойчивости, точности) при изменении и адаптивной коррекции ее параметров,

• обобщение методов и алгоритмов управления движением на определенный класс задач, составляющих суть и содержание многозадачного (многоцелевого) управления АНПА.

Решению указанной проблемы посвящена настоящая работа.

Целью работы является исследование обобщенной структуры управления движением АНПА, способов организации пространственных траекторий и алгоритмов управления движением для следующего класса задач:

- организации планомерной сети траекторий при поиске и обследовании объектов и областей пространства;

- организации целенаправленных маршрутов с выходом в заданный район и выбором трассы в условиях сложного рельефа дна;

- траекторного обследование физических полей и аномалий по их изменчивости и обобщенным ориентирам;

- адаптивной коррекции параметров управления при переменных условиях функционирования и режимах движения аппарата.

В работе впервые представлено в систематизированном виде и теоретически обобщено многообразие задач управления движением для универсального АНПА, что отражено в его структуре и методах управления движением.

В работе в достаточно полном виде отражены реальные свойства систем, навигационные и динамические требования, особенности формирования и осуществления пространственного движения аппарата в толще воды и вблизи дна.

Полученные в работе теоретические выводы основаны на опыте создания обзорно-поисковых и обследовательских АНПА в ИПМТ ДВО РАН. Работа осуществлялась на основе ряда государственных и региональных научных программ, Заданий Правительства и программам международного сотрудничества.

Полученные в работы результаты дают более общее и полное представление о задачах и методах управления пространственным движением АНПА, что позволяет использовать их при создании новых достаточно универсальных аппаратов и разработке перспективных проектов.

Таким образом, диссертация посвящена исследованию и решению новой научно-технической проблемы, имеющей важное народо-хозяйственное значение.

Автором защищаются следующие основные научные положения:

• Общая постановка проблемы организации пространственного движения многоцелевых АНПА, обобщенная структура системы управления движением;

• Модели и алгоритмы управления движением при траекторном обследовании объектов, областей и аномалий полей;

• Обобщенный алгоритм управления движением при траекторном обследовании физических полей по линейным профилям (изолиниям, эквидистантным трассам, контурам областей и объектов) и ориентирам;

• Алгоритм адаптивной коррекции и самонастройки параметров управления при переменных условиях среды и режимах движения;

• Реализация методов управления движением в действующих АНПА, созданных в ИПМТ ДВО РАН, в экспериментальных и макетных образцах систем управления и новых перспективных проектах.

Достоверность основных научных положений обеспечивается достаточно строгим обоснованием общей структуры и способов управления на основе проверенных результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием численных методов оценки полученных результатов, применением общепринятых допущений и формальных условий применимости методов. Достоверность полученных результатов подтверждается близким совпадением их с результатами поэтапной экспериментальной проверки: при исследовании процессов с использованием имитационной модели, на стадии отладки программного обеспечения системы управления движением, при проведении натурных морских испытаний и опытной эксплуатации комплекса систем в составе АНПА.

Различные аспекты работы отражены в ее шести главах, заключении и материалах Приложения.

В первой главе дается общая постановка проблемы управления и рассматривается обобщенная структура системы управления движением. Для ряда основных задач даются формальные математические представления, позволяющие выбрать критерии управления с жесткими или корректируемыми параметрами. При постановке задач рассматриваются режимы управления в порядке их усложнения и выработке свойств адаптивного поведения в среде.

К разряду наиболее простых и теоретически изученных относятся задачи стабилизации движения с жесткими или циклическими программными алгоритмами и линейными ограниченными управлениями. В критериях управления учитываются следующие факторы:

- наличие навигационных и динамических ошибок, минимизируемых с учетом требований к управляемости, устойчивости, точности,

- присутствие постоянных или случайных возмущений, в том числе течений и турбулентных пульсаций скорости,

- существование области допустимых отклонений системы при наличии собственной гидродинамической неустойчивости аппарата и физических ограничений на управляющие воздействия,

- вариации параметров динамической модели движения и характеристик внешней среды.

Усложнение задач связано с организацией движения вблизи дна и выбором трассы целенаправленного движения по координатам заданных ориентиров. Рассматривается задача осуществления эквидистантной траектории движения с обходом и огибанием препятствий в условиях сложного рельефа дна. При целенаправленном движении критерием управления служит условие минимума ошибки коррекции траектории с учетом ошибок определения координат с помощью комплексированной навигационной системы и ошибки курсовой коррекции при постоянно действующем течении. Некоторые аналогии с другими классами управляемых объектов, например, низколетящими самолетами [67,72] и мобильными роботами [52,53], ограничиваются, как правило, лишь уровнем общей постановки задач, в решении которых существенное значение имеют особенности навигационно-управляющего процесса АНПА.

К категории наиболее сложных относятся задачи управления движением при траекторном обследовании физических полей и аномалий, ориентировании на местности, при поиске и обнаружении объектов в малой области пространства. Использование методов корреляционно-экстремальных систем [68,69] для решения подобных задач ограничено вследствие неопределенности исходной информации и может быть эффективным лишь при наличии карт, изображений, характерных элементов полей. Альтернативная постановка задачи состоит в выборе трассы движения, соответствующей характерным ориентирам, полученным в результате траекторных измерений параметров полей и идентификации вектора управления.

При обследовании объектов в малой области рассматривается задача приведения в область (точку) и позиционирования в ее окрестности. Рассматриваются также постановка задачи адаптивной коррекции параметров управления, обеспечивающих необходимые динамические свойства системы. В качестве вариантов отмечаются методы самонастройки, нечетких скользящих управлений (fuzzy sliding control) [77-80] и квазилинейной коррекции.

Вторая глава посвящена построению динамической модели движения АНПА, описывающей пространственное движение как сопряжение двух плоских движений в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Рассматриваются способы оценки и идентификации параметров модели, зависящих от сил вязкого сопротивления, сил инерционной природы и управляющих сил движительно-го комплекса. Исследуется структура имитационной модели и особенности ряда физических и программных имитаторов системы управления.

Особенности динамической модели рассматриваются во взаимосвязи углового движения и движения центра масс аппарата. Приведенные в главе способы оценки и идентификации параметров модели основаны на эмпирических зависимостях, принятых в теории гидродинамики крыла малого и конечного удлинения [85,88], и результатах измерений вектора состояния на реализациях типовых траекторий.

Таким путем получены оценки гидродинамических и инерционных характеристик для большинства аппаратов, созданных в ИПМТ ДВО РАН.

В третьей главе работы исследуются структуры и алгоритмы управления движением для соответствующих задач поиска и траекторного обследования объектов, приведенных в главе 1. Задачи, имеющие общие подходы и аналоги, образуют класс задач с подобными критериями управления. К таким задачам относятся, в частности, коррекция траекторий при целенаправленном движении вблизи дна со сложным рельефом, ориентирование при обследовании полей и аномалий, маневрирование в окрестности объекта поиска или определенного ориентира. Исследуется обобщенная процедура управления, включающая оценку параметров системы по данным траекторных измерений, выбор логики управления в зависимости от ситуации и формирование управляющих воздействий в функции основных компонент вектора состояния и компонент управляющего поля.

Для рассматриваемых классов задач представлены:

- варианты построения функциональной структуры алгоритмов управления движением,

- аналитические выражения для формирования управляющих воздействий в различных режимах движения,

- оценки навигационных и динамических параметров,

- результаты моделирования процессов управления движением при различных варьируемых параметрах и условиях внешней среды,

- экспериментальные результаты, полученные при реальной работе различных типов АНПА в процессе решения практических задач.

В четвертой главе способы организации управления движением при поиске объектов и обследовании областей обобщаются на случай траекторного обследования физических полей и аномалий, пространственная структура которых обладает характерными свойствами: изменчивостью, аномальным уровнем, наличием корреляции в геометрии поля. В известных математических постановках задачи и методах их решения, развитых в теории корреляционноэкстремальных систем, исходная информация об управляющем поле поступает в обобщенном виде (в виде карт, изображений, массивов данных) и используется для выработки оптимальных алгоритмов оценивания и траекторного управления. Применение указанных методов к задаче управления движением АНПА весьма проблематично вследствие того, что в большинстве случаев представление карты поля характеризует не исходные данные, а конечную цель обследования. В упрощенной постановке ставится задача построения отдельных реализаций поля, в частности, изолиний или иных сечений. При этом самостоятельный интерес приобретают две взаимосвязанные задачи: ориентирование по характерным элементам поля и организация движения по изолиниям. Наглядным примером постановки задачи служит организация движения в мелкомасштабном аномальном поле, создаваемом объектом поиска, в частности, в поле намагниченного объекта. Задача управления движением при целенаправленном обследовании аномалии заключается в организации и осуществлении следующих поведенческих функций и траекторий:

- обнаружении аномалии по уровню и изменчивости сигнала при маскирующем влиянии основного естественного поля,

- покрытии аномалии сетью траекторий с коррекцией направлений и скорости по уровню поля и величине градиента,

- оконтуривание аномальной зоны по характерным точкам или изолиниям.

Рассматриваемая модель управления основана на использовании опытных данных магнитометрических измерений и это приводит преимущественно к формированию эвристических алгоритмов коррекции движения с учетом навигационных и динамических свойств аппарата.

Результаты моделирования процессов управления движением с использованием расчетно-теоретических моделей аномалии подтверждают вывод о том, что они могут быть эффективно использованы в системах поиска. Этот вывод подтверждается также известными техническими разработками, использованными, как уже упоминалось, на аппаратах Л-2 и АЕ1000.

В обобщенной постановке данная задача распространяется на обследование произвольных физических полей, допускающих их траекторное измерение по заданным сечениям, профилям, контурам областей. Алгоритм решения задачи основан на формировании обобщенных поисковых ориентиров и управлений, обеспечивающих выход на заданную пространственную линию и ее отслеживание по изменчивости поля вдоль траектории.

В работе исследованы два взаимосвязанных варианта формирования управления. Первый вариант основан на идентификации вектора управления по результатам дискретных траекторных измерений параметров поля. Полученное при этом решение используется для коррекции программного направления движения. Процедура вычислений эквивалентна включению параметра поля в обобщенный вектор состояния. С подобным представлением связан другой вариант формирования управления. Он состоит в определении обобщенного ориентира движения и расстояния до него с использованием информации об уровне поля и его градиенте. Алгоритм управления обеспечивает выход на заданную изолинию и ее отслеживание вдоль траектории движения. В отличие от известных способов ориентирования по заданным в виде карт или массивов данных элементам полей предложенный способ не требует, во-первых, введение подобной информации и, кроме того, реализуется достаточно простыми вычислительными средствами. При этом поисковый алгоритм оперирует данными об управляющем поле, сводя задачу управления к осуществлению и коррекции программной траектории.

В главе 5 исследуются динамические свойства и задачи адаптивной коррекции управления при наличии случайных или периодических возмущений. Необходимость введения коррекции обусловлена разнообразием пространственных траекторий и режимов движения и, как следствие, изменением параметров системы в широком диапазоне. Наиболее существенными факторами являются переменность скорости, наличие противоречивых требований к устойчивости и управляемости, переменных входных воздействий и возмущений. Рассматриваемые способы коррекции управления основаны на использовании адаптивной прогнозирующей модели и квазилинейного управления с самонастройкой параметров. Эффективность алгоритмов подтверждается примерами вычислений и экспериментальных данных для конкретных реализаций управления.

Глава 6 посвящена анализу результатов практического использования исследований при создании и проектировании АНПА и их систем. Приводятся примеры практической реализации выводов работы при решении задач поиска и обследования объектов, обзорной съемки дна и траекторных измерений параметров среды. Ряд результатов по комплексированию и коррекции в навигационных системах АНПА, по осуществлению целенаправленных поисковых траекторий движения с их коррекцией использован при выполнении ряда научно-исследовательских работ и создании экспериментальных образцов систем управления, наведения и позиционирования.

В Заключении приводятся основные теоретические выводы работы и результаты их применения при создании АНПА.

Материалы Приложения содержат иллюстрации по наиболее известным зарубежным аппаратам, краткий обзор которых дан в главе 1, и аппаратам, созданным в ИПМТ ДВО РАН. Приводятся основные характеристики аппаратов и некоторые результаты их практического применения при выполнении различных подводных работ.

Выводы к главе 5

1. Исследованы режимы движения в вертикальной плоскости (стабилизация глубины, огибание препятствий по эквидистантной траектории, зависание и др.), характеризующиеся противоречивыми требованиями к управляемости, точности и устойчивости движения при ограниченном управлении. Получены зависимости, связывающие область допустимых начальных отклонений системы "в большом" и диапазон изменения доминирующих переменных. Компромисс динамических требований достигается выбором параметров эталонной модели с постоянными параметрами и введением квазилинейной адаптивной коррекции.

2. Исследован алгоритм коррекции управления с учетом постоянных и случайных возмущений, основанный на вычислении прогнозируемого движения и обобщенного квадратичного критерия управления. Введение коррекции управления позволяет ослабить действие возмущений в диапазоне относительно высоких частот и ограниченных флуктуационных ускорений и повысить точность системы управления.

3. Построена структура системы коррекции управления на основе комбинированного алгоритма, включающего алгоритмы квазилинейной коррекции эталонной модели с постоянными параметрами и коррекции модели прогнозируемого движения с обобщенными возмущениями. Структура коррекции обеспечивает требуемые динамические свойства системы при наличии многих неблагоприятных факторов использованием достаточно простых вычислительных моделей и процедур.

ГЛАВА 6

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ВЫВОДОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ

ДВИЖЕНИЕМ АНПА

Анализируются результаты практической разработки систем управления движением при создании и опытной эксплуатации обзорно-поисковых и обследовательских АНПА. Рассматриваются технические проблемы, связанные с реализацией разработок и развитием функциональных возможностей АНПА.

Как уже отмечалось, первые практические результаты по управлению движением АНПА были связаны, в основном, с организацией жестких циклических алгоритмов и линейных структур командно-программного управления. Полученные опытные результаты использовались при создании аппаратов "Скат-гео", Л-2 (Л-1), внешний вид которых показан на рис.ШО, ПИ. Задача исследования на данном этапе заключалась в выборе конструктивных и тактико-технических параметров, обеспечивающих требуемое качество динамических процессов при стабилизации программных движений вертикального и курсового каналов. Для решения задачи была разработана модель динамики, в которой гидродинамические характеристики определялись на основе расчетно-экспериментальной методики с использованием линейной теории крыла малого удлинения и схематизированных моделей и прототипов. На стадии проектирования АНПА для оценки их динамических свойств были использованы приближенные эмпирические зависимости и экспериментальные данные испытаний макетов и моделей АНПА. Опытным путем была показана применимость используемой методики для выбора основных характеристик проектируемых аппаратов. Примеры использования данной методики приведены в главе 2. Автор работы принимал непосредстваенное участие в разработке и испытаниях систем и их отработке в процессе опытной эксплуатации АНПА первого поколения. Первоначальный опыт в этом отношении был получен при испытаниях аппарата "Скат-гео" в заливе Петра Великого Японского моря, на озере Байкал при гидрохимической съемке вблизи БЦЗ и на Белом море при проведении опытных геодезических работ в интересах ЦНИИГАиК.

Создание глубоководных АНПА Л-2 (Л-1) и всех последующих разработок для выполнения обзорно-поисковых и геологоразведочных работ (в частности, обследования ПЛ "Комсомолец" с использованием аппарата Л-2) потребовало применения более развитой системы управления, обеспечивающей выполнение целенаправленных поисковых траекторий и огибание препятствий при движении вблизи дна. Результаты исследований в этом направлении были ориентированы на реализацию программ поиска и обследования объектов и способов осуществления эквидистантного движения при сложном рельефе дна. Разработанное совместно с В.В.Никифоровым устройство управления движением по эквидистанте с огибанием препятствий дна на основе дально-мерной эхолокационной информации было защищено в виде изобретения [112] и реализовано в действующих образцах системы управления.

В АНПА Л-2 была впервые реализована модульная конструктивно-функциональная технология, что и определило в значительной мере успешность работы аппарата во всех 157 глубоководных погружениях в Филлипин-ском, Северном, Саргассовом, Норвежском морях.

Из зарубежных аналогов этого периода работ следует отметить французский АИУ "Ераи1агсГ', разработанный фирмой ШКЕМЕИ для обзорно-обследовательских геологических работ. По своим возможностям и практическому применению данный аппарат значительно уступал аппарату Л-2, судя по информации о результатах его морских испытаний [17].

Решением практических задач была обусловлена необходимость оснащения аппарата системой поиска и обнаружения затонувших объектов. Представлялось наиболее перспективным использование магнитометрической системы поиска с выделением аномальных сигналов от объектов на фоне внешнего магнитного поля. Подобная система на основе трехкомпонентного феррозон-дового магнитометра использовалась на аппарате Л-2 при проведениии ряда поисковых работ. Основная техническая проблема заключалась в повышении чувствительности магнитометрических приборов (протонных и ферро-зондовых магнитометров) на фоне изменчивого внешнего магнитного поля и собственного поля носителя. Исследования возможных способов управления движением аппарата при обследовании аномалий позволили оценить основные требования к системе и выработать общее представление о постановке задачи обследования полей и объектов. Результаты исследований применялись при выполнении спецработ.

Вместе с тем, несмотря на довольно значительные усложнения функций обзорно-поисковых аппаратов существенными оказывались ограничения, накладываемые жесткой структурой управления и, главным образом, отсутствием на аппарате автономной навигации. Возникло определенное противоречие между характером решаемых задач и возможностями осуществления более сложных пространственных движений. Попытки встраивания в структуру управления первых довольно несовершенных образцов бортовых микро-ЭВМ и интерфейсов были направлены, в основном, на увеличение надежности и живучести аппарата как автономного робота, функционирующего в сложной среде. Важность указанной проблемы проявилась в особенности при выполнении работ по созданию дальнодействующего АНПА с повышенной автономностью, в том числе и для работы подо льдом. Проведенные исследования при проектировании аппарата показали, в частности, что для его надежной работы необходимо обеспечить более высокие динамические свойства и формирование программных траекторий с автономной коррекцией и приведением аппарата в заданную точку (возвращение к базе с наведением на гидроакустический или электромагнитный маяки). Особую важность приобрела задача комплексирования и коррекции навигационной информации. Некоторые результаты исследований в этом направлении использовались при разработке АНПА "Тифлонус" (рис.П12), прототип которого предназначался первоначально для подледных геофизических измерений и был модернизирован впоследствии для выполнения морских акустических исследований и гравиметрии. Характерные конструктивные и динамические особенности аппарата были обусловлены основными требованиями - минимизацией сопротивления при движении с относительно большой скоростью ( до 2.2.5 м/с ) и обеспечением высокой маневренности в ситуациях с повышенной безопасностью и живучестью аппарата.

Отметим основные свойства системы управления движением и динамики АНПА "Тифлонус". Характерными являются следующие две особенности:

- использование одного маршевого поворотного движителя для сообщения заданной скорости и для управления угловым движением в двух плоскостях,

- наличие собственной гидродинамической неустойчивости корпуса аппарата при сравнительно небольшой величине хвостовых стабилизаторов, размещенных на поворотной части движителя.

Компенсация неустойчивости по углу атаки при малом упоре движителя (20.25 Н) и угле поворота 23° осуществляется за счет дополнительных ограничений на параметры программного управления и обеспечения устойчивости "в малом".

Иллюстрации динамических свойств аппарата в основных режимах движения приведены в Приложении на рис.П14-П17. На рис. П14 показаны переходные процессы в системе стабилизации глубины. Движение содержит участок активного погружения под действием движителя и участок горизонтального движения на глубине 20 м. Угловая скорость по дифференту дана в шкале 1.2 град/с. По оси абсцисс отложено время в аппаратных часах.

Аналогичные процессы в курсовом канале показаны на рис.П. 15. Инерционные свойства аппарата иллюстрируются рис.Шб. На последнем рисунке показан фрагмент движения аппарата после выключения двигателя с начальной скоростью 2 м/с. В процессе движения стабилизировались глубина и курс под действием гидродинамической силы на поворотном хвостовом движителе. Под действием положительной плавучести аппарата и недостаточной для ее компенсации гидродинамической силы происходит всплытие до глубины 1 м со скоростью 0.35 м/с. Затем снова включается двигатель, и аппарат переходит в обычный режим управления.

На рис.П17 приведена запись вертикальных ускорений на борту АНПА "Ти-флонус", подтверждающая принятые в главе 1 оценки по использованию аппарата в качестве платформы для гравиметрических измерений.

Приведенные выше данные по динамическим свойствам аппарата и его системы управления движением являются достаточно характерными для большинства аппаратов такого типа и могут служить своего рода эталоном при эскизной проработке аналогичных проектов.

Полученный опыт разработки и использования аппарата убеждает также в том, что специализация АНПА на решении определенного класса задач (обзорно-поисковых, научно-исследовательских), в принципе, довольно условна, и представляется возможным при соответствующем технологическом уровне обрисовать универсальный аппарат, интегрирующий в себе все многообразие существующих задач.

Исследования, проводимые в течение ряда лет по Государственной научно-технической программе "Мировой океан" [43-45], были ориентированы на разработку проектов АНПА, в системах управления которых предполагалось использование элементов искусственного интеллекта. В конкретных разработках эта проблема имела своей целью создание поисково-обследовательского (ОП) АНПА, оснащенного автономными системами навигации, управления поведением и технического зрения. В ОП АНПА последовательность режимов движения должна формироваться в соответствии с программой-заданием обобщенного вида, которая по отношению к структуре обзорно-поискового аппарата характеризуется как верхний уровень управления. В пространственном движении аппарата необходимо сочетать режимы целенаправленного выбора трассы в условиях сложного рельефа дна, коррекции траекторий, обследования областей и объектов, позиционирования в точке. В более общей постановке требовалось решение задачи ориентирования аппарата по характерным элементам рельефа или иных физических полей.

Отмеченная выше условность грани между различными типами АНПА проявляется достаточно наглядно на примерах решения задач по геологической разведке морского дна, батиметрии, исследованию микрорельефа дна и ряда других подобных задач. В принципе, идеология построения систем и методы управления движением аппаратов, ориентированных на решение различного рода геофизических и геологических задач, могут быть такими же, как и у специализированных поисково-обследовательских аппаратов. Некоторое отличие может быть только в используемом целевом исследовательском оборудовании и способах интерпретации полученных данных. Попытки подобной универсализации предпринимались в некоторых зарубежных разработках аппаратов, в частности, как уже отмечалось, при разработке AUV "Odyssey". Аналогичные работы, проводимые в ИПМТ ДВО РАН в интересах морской геологии, завершились созданием аппаратов МТ-88 (рис.П16) и его аналога МТ-ГЕО. Близким по структуре и способам управления является также АНПА Р-1(Р-2), созданный для выполнения поисковых и аварийно-спасательных работ в море.

Некоторые особенности структуры аппарата МТ-88 и примеры его практического использования отмечались во Введениии и частично в других главах работы и описаны более подробно в публикациях [5,9,111]. Основное отличие аппарата от предшествующих разработок состоит в том, что в его структуре впервые была реализована многопроцессорная система с последовательным каналом обмена данными. Это позволило организовать систему управления движением на основе планировщика программ-заданий, работающего на языке высокого уровня с использованием графической интерпретации вводимых программ и выходных данных [113]. Пример изображения программы-задания с графическим интерпретатором показан на рис.П17. Для отладки программных средств и электронных модульных систем был впервые использован имитационный стенд, содержащий комплекс физических и программных имитаторов [93]. Структура стенда и основные его характеристики описаны в главе 2. В частности, в одной из конфигураций стенд использовался для построения и отладки комплексированной навигационной системы, испытанной на борту АНПА МТ-88 [65]. В дальнейшем был разработан программный комплекс, позволяющий применять средства стенда для исследования и развития алгоритмов управления при траекторном обследовании областей, полей и аномалий. Результаты этой работы использовались также при выполнении НИР "Разум", "Клавесин-ДВО" и "Клотик-АН" [42].

Основное направление указанных работ состояло в исследовании возможностей создания многоцелевых глубоководных аппаратов и робототехнических систем с элементами искусственного интеллекта. Прикладное значение имели вопросы разработки систем дальнего и ближнего поиска, систем приведения, позиционирования и стыковки с надводными и подводными носителями. Постановка проблемы была ориентирована, во-первых, на то, что имеющийся в ИПМТ ДВО РАН опыт создания обзорно-поисковых АНПА достаточен для осуществления подобных проектов и, кроме того, при выработке технических требований к комплексу систем должна быть обеспечена его универсальность в обозримом круге задач.

Исследования и выполненные экспериментальные работы показали реальность создания аппаратов-роботов, способных ориентироваться в среде, находить объект и производить необходимые операции вблизи него. Определенный при этом класс задач упаравления движением и организации целенаправленных корректируемых пространственных траекторий основывается на разработке и использовании адаптивных критериев управления и уточненных моделей описания движения. Технические разработки включали построение макетов систем акустического и электромагнитного приведения, системы динамического позиционирования в точке или вблизи объекта. Указанные разработки осуществлялись также в рамках международных проектов, в частности, при создании автономно-привязного аппарата TSL (рис.П19) и аппарата CR - 01 (рис.П20).

Отметим наиболее значительные результаты указанных последних разработок. Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что существенный прогресс в создании АНПА обусловлен использованием индустриальных процессорных систем и программных архитектур, позволяющих организовать достаточно сложные миссии аппарата и соответствующие пространственные движения с ориентированием в среде. Важными являются также принципиально новые возможности построения интегральной системы отображения данных и имитационных моделей [93,98,99].

Создание АНПА с большой автономностью плавания, автоматическим наведением и стыковкой на конечном участке маршрута представляет собой актуальную и достаточно сложную задачу. Результаты исследований и экспериментальных работ, полученные при выполнении НИР "Клотик-АН", дают достаточно оптимистический оценки для решения этой задачи. Отметим следующие основные выводы этой работы.

1. Автономные навигационные средства могут обеспечить точность место-определения, достаточную для приведения аппарата в заданный район встречи с объектом (носителем). Для досижения наибольшей точности навигации программа маршрута должна содержать участки движения, позволяющие осуществлять коррекцию по СНС (при эпизодическом всплытии) и коррекцию ИНС по доплеровскому лагу (при движении вблизи дна). Точность место-определения на конечном участке маршрута протяженностью несколько сот километров (от 300 до 1000 км) определяет необходимую дальность действия системы приведения. В отдельных конкретных случаях это 200.300 м (при коррекции по СНС), 5.10 км (при сочетании ИНС с доплеровским лагом), 15.25 км (при отсутствии коррекции).

2. Для ближнего наведения аппарата могут быть использованы системы гидроакустического и электромагнитного фазового пеленгования. Измерения, выполненные с помощью макетов этих систем, показывают, что данный комплекс может обеспечить устойчивое приведение в точку при начальных дистанциях 1.5.2 км и в ближней зоне 20.30 м. Для испытания системы электромагнитного прведения использовался привязной аппарат, оснащенный системой управления и позиционирования.

3. Для удержания аппарата над объектом (или возле него) целесообразно использовать систему технического зрения, содержащую секторный сканирующий эхолокатор, видеосистему и другие средства обнаружения. Система позволяет определять малые перемещения аппарата относительно объекта. Характеристики разработанного образца системы [114] оценивались на имитационном испытательном стенде с использованием диалогового режима формирования и отладки динамических изображений на IBM PC. Модернизированнная версия системы испытывалась с использованием изображений реальных объектов с учетом динамических особенностей системы управления на основе видеоданных.

4. Система позиционирования для подводного аппарата содержит комплекс подруливающих устройств. Для управления используется информация бортовых пилотажных датчиков и сигналы многоканальной дальномерной эхоло-кационной системы. При проведении натурных испытаний системы показана ее работоспособность в различных режимах (удержание в точке, стабилизация у стенки, движение вдоль стенки) и определены ее динамические характеристики (см.гл.З). Полученные результаты свидетельствуют о применимости подобной системы в качестве прототипа для системы позиционирования при стыковке. Аналогичный вариант системы реализован в АНПА С Я — 01.

Перечисленные выше результаты позволяют определить основные технические требования к системе управления АНПА при выполнении опытно-конструкторских работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перечислим основные результаты работы.

1. Для организации пространственного движения АНПА определен класс задач траекторного обследования объектов, областей, физических полей, основанный на формировании и коррекции целенаправленных траекторий с планированием поведения и ориентированием во внешней среде. Исследованы обобщенная структура системы управления движением и особенности задач с учетом существующих динамических и навигационных требований.

2. Разработаны алгоритмы управления движением АНПА для всего многообразия задач и режимов движения при осуществлении целенаправленных маршрутов, маневрировании в ограниченной области, позиционировании вблизи объекта или заданной цели. Определены критерии управления, минимизирующие интегральные ошибки позиционной и курсовой коррекции, протяженность трассы, размеры области поисковых движений.

3. В наиболее общих задачах траекторного обследования физических полей и их аномалий обоснован принцип формирования управления по характерным элементам полей и коррекции программных траекторий на основе данных о пространственной изменчивости поля или аномалии, создаваемой объектом поиска. Алгоритм управления для решения двух взаимосвязанных задач -ориентирования по характерным элементам поля и организации движения по изолиниям - обеспечивает выбор ориентиров и направления движения вдоль траектории. При этом поисковый алгоритм оперирует данными об управляющем поле, сводя задачу управления к осуществлению и коррекции программной траектории.

4. Обоснован способ адаптивной коррекции и самонастройки параметров управления при изменении характеристик системы в широком диапазоне. Построена структура коррекции управления, основанная на сочетании алгоритмов квазилинейной коррекции эталонной модели с постоянными параметрами и коррекции модели прогнозируемого движения с обобщенными возмущениями. Коррекция управления обеспечивает требуемые динамические свойства системы при наличии многих неблагоприятных факторов на основе достаточно простых вычислительных моделей и процедур.

5. Полученные в работе теоретические результаты реализованы во многих практических разработках ИПМТ ДВО РАН, что подтверждается приводимыми экспериментальными данными и соответствующими прилагаемыми документами. Результаты исследований по динамике и методам осуществления программных траекторий использованы во всех практических разработках ИПМТ ДВО РАН: в АНПА "Скат-гео", Л-1 (Л-2), Р-1 (Р-2), "Тифлонус", МТ-88, СЕ - 01, ОКРО-бООО, ТБЬ.

Методы и алгоритмы комплексирования и коррекции в навигационных системах, алгоритмы осуществления целенаправленных корректируемых движений использованы в ряде научно-исследовательских работ и проектов и при создании экспериментальных образцов систем управления, наведения и позиционирования.

Наиболее общие теоретические результаты работы ориентированы на их использование в разрабатываемых и перспективных проектах.

В заключение автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность академику М.Д.Агееву, а также всем коллегам, чей коллективный труд по созданию подводных технических средств В ИПМТ ДВО РАН так или иначе сказался на результатах настоящей работы.

1. Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев J1.B. и др. Автоматические подводные аппараты. Л.:Судостроение, 1981.с.223.

2. Агев М.Д.,Киселев Л.В.,Рылов Н.И. Автоматический подводный аппарат для исследования шельфа. Судостроение, 1977, Nl,c.24.

3. Агеев М.Д., Молоков Ю.Г., Рылов Н.И. Модульный принцип конструирования подводных технических средств //В сб. Подводные роботы и их системы. Владивосток, 1987, с.10.

4. Агеев М.Д., Рылов Н.И., Кожемяков В.Б. и др. Унифицированные конструктивные элементы ПТС //В сб. Подводные роботы и их системы. Владивосток, 1987,с.18.

5. Автономные подводные роботы для глубоководных исследований. Судостроение, N 12, 1990,с.6.

6. Агеев М.Д., Киселев Л.В., Кобаидзе В.В. и др. Информационно-управляющий комплекс АПР //В сб. Подводные роботы и их системы. Владивосток, 1987, с.58.

7. Агеев М.Д., Золотарев В.В., Молоков Ю.Г. О дальнейших задачах по усовершенствованию бортовых обзорно-поисковых систем для АПР //В сб. Подводные роботы и их системы. Владивосток, 1988,с.100.

8. Ageev M.D. The Use of AUV for Deepwater Search Operations. Subnotes, Sept/Oct ,1990,p.10.

9. Ageev M.D. Modular AUV of the IMTP.MTS Journal,vol.30,Nol,p.l3.

10. Подводные аппараты с программным управлением и их системы. Под ред. М.Д.Агеева, Владивосток, 1977.

11. Подводные роботы. Под ред. В.С.Ястребова. Л.Судостроение, 1977,с.363.

12. Ястребов B.C., Филатов A.M. Системы управления подводных аппаратов-роботов. М.Наука, 1984.

13. Самоходные необитаемые подводные аппараты. Под ред. И.Б.Иконникова, Л .Судостроение, 1986,с.262.

14. Пантов E.H., Махин H.H., Шереметов Б.Б. Основы теории движения подводных аппаратов. Л.: Судостроение, 1973,с.209.

15. Грейнер Л. Гидродинамика и энергетика подводных аппаратов, Л .Судостроение,1978.

16. Johnson H.A., Verderesse A.J., Hansen.A "Smart" Multi-mission Unmanned Free Swimming Submersible.Naval Engineering Journal,4, v.88, 1976, No2, p.164.

17. Galerne E. Epaulard. ROV used in NOAA Polimetallic Sulfide Research Sea Technology, 1983, v.24, Noll, p.40.

18. James Walton, Mike Cooke, Richard Uhrich "Advanced Unmanned Search System". In: Proc. Of Underwater Intervention '93, New Orleans, Louisiana, USA.

19. R.Uhrich, J.Walton. Supervisory Control of Untethered Undersee Systems: A new Paradigm Verified.Proc.of the 9-th UUST,1995.

20. Advanced Unmanned Search System. Technical Document, NOSC, 1992.

21. Bruce Butler "Field Trials of the THESEUS AUV". Proceedings of the 9th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology, 1995.

22. B.Butler, V.d.Hertoc "Theseus: A Cable-Laying AUV". Proc. of the 8th of the 8 UUST, 1993.

23. J.Ferguson, A.Pope "Theseus: Multipurpose Canadian AUV". Sea Teahnology Magazine, Apr, 1995.

24. Antonio Pascoal, Carlos Silvestre, Paulo Oliveira, Daniel Fryxell, Victor Silva "Undersea Robotics Research at 1ST: The AUV MARIUS Programme". Conf.: Undersea Robotics And Intelligent Control, Lisboa, Portugal, March 2-3, 1995. Workshop Proceedings

25. P. Oliveira, A. Pascoal, V. Silva, C. Silvestre. Design, "Development and Testing of a Mission Control System for the MARIUS AUV", Proc. of the 6th Int. Underwater Robotics Program (IARP'96) Workshop, Toulon, France, March 1996.

26. J.G. Bellingham, J.W. Bales, D.K. Atwood, M. Perrier, C.A. Goudey, T.R. Consi and C. Chryssostomidis "Performance Characteristics of the ODYSSEY AUV". Proceedings of the 8th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology, 1993

27. S.Matsumoto, Y.Ito. Real-Time Vision-Based Tracking of Submarine-Cables for AUV/ROV. Proc. of Conf. Oceans'95.

28. J.Kojima, Y.Ito, K. Asakawa, Y.Shirasaki, N.Kato. Cable Tracking of Autonomous Underwater Vehicle "Aqua Explorer 1000". Proc. of Conf. Underwater Intervention (ROV'94).

29. N.Kato,Y.Ito,J.Kojima. Control Performance of AUV AE1000 for Inspection of Underwater cables.IEEE Journal,1994,p.1-135.

30. O.Bergen. A Multybeam Sonar Based Positiong System for an AUV. Proc.of the 8-th UUST, 1993, p.291.

31. T.Obara, K.Yamomoto. Development of an AUV R1 with a Closed Cycle Diesel Engeen. Proc.of the 5-th IOPEC,1994,p.351.

32. T. Ura at al. Underwater Pattern Observation for Positioning and Communication of AUVS. Proceedings of the 9th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology, 1995.

33. R.B. McGhree, J.R. Clynch, A.J.Healey, S.H. Kwak at al. "An Experemental Study of an Integrated GPS/INS System for Shallow-Water AUV Navigation". Proceedings of the 9th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology, 1995.

34. J.O.Hallset and Q.J.Rodseth. PISCIS An Autonomous Underwater Vehicle for Pipeline Inspection. Proc. of 7-th UUST Conf. Durcham, 1991.

35. Berry G., Gonthier G. "The Synchronous Programming Language ESTEREL: Design, Semantics, Implementation", Science of Computer Programming. Vol. 19, n. 2, pp.87-152, 1992.

36. Vincent Rigaud, Eve Coste-Maniere, Michel Perrier, Alexis Peuch, Daniel Simon "VORTEX: Versatile and Open subsea Robot for Technical Experiment". Conf.: OCEANS '93, Canada.

37. Eve Coste-Maniere, Howard H. Wang, Alexis Peuch. Control Architectures: What's Going On ? Conf. Undersea Robotics and Intelligent Control, Lisboa, Portugal, March 2-3, 1995. Workshop Proceedings (Preliminary Version)

38. George N. Saridis. Application of Intelligent Control for Underwater Exploration. Conf. Undersea Robotics and Intelligent Control, Lisboa, Portugal, March 2-3, 1995. Workshop Proceedings (Preliminary Version)

39. S.M. Rock, H.H. Wang, M.J. Lee "Task-Directed Precision Control of the MBARI/Stanford OTTER AUV" Conf.: Undersea Robotics And Intelligent Control, Lisboa, Portugal, March 2-3, 1995. Workshop Proceedings (Preliminary Version)

40. Bernard Espiau, Daniel Simon, Konstantinos Kapellos "Formal Verification of Mission and Tasks". Conf.: Undersea Robotics And Intelligent Control, Lisboa, Portugal, March 2-3, 1995. Workshop Proceedings (Preliminary Version)

41. Научно-технические отчеты по НИР "Клотик-АН", ИПМТ ДВО РАН, 1992-94.

42. Создание автономного автоматического подводного аппарата для исследования и освоения океана. Научно-технические отчеты по НИР, ИАПУ, 1972-76. Отв. исполнитель Киселев JI.B.

43. Создание автоматических погружаемых аппаратов для исследования океана и выполнения подводно-технических работ. Научно-технические отчеты по НИР, ИАПУ, 1976-80. Отв. исполнитель Киселев JI.B.

44. Научно-технические отчеты по НИР ОКП "Мировой океан", ИПМТ ДВО РАН, 1981-95. Отв. исполнитель Киселев JI.B.

45. Ageev M.D. Operational Experience in the Field of AUV. Report. IFREMER/IMTP,1993.

46. Ageev M.D. Conception of a New AUV "Skat-Neo". Report. IFREMER/IMTP, 1994.

47. Kiseljev L.V.,Khmelkov D.B. Dynamic Properties of AUV "Typhlonus". Proc.of the Oceans'94 Conf., Brest, Franch.

48. Michael D.Ageev. An Analysis of Long-Range AUV, powered by Solar Energy. Proc.of the Oceans'95 Conf.San Diego,USA,1995

49. Ageev M.D.,Blidberg D.R.,J.Jalbert. Solar AUV-Sampling System for the 21-st Centure. Proc.of the Oceanology Int.97 Pacific Rim, Singapour,1997.

50. Агеев M. Д. АНПА с питанием от солнечных батарей //В сб. Подводные роботы и их системы, 1995, с.5.

51. Охоцимский Д.Е.,Платонов А.К.,Пряничников В.Е. Методика моделирования робота, перемещающегося в пространственной среде. Изв.АН СССР, TK,1980,N1.

52. Охоцимский Д.Е.,Голубев Ю.Ф. Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата. М.Наука,1984.

53. Инзарцев A.B. Об одном алгоритме управления движением АПР вблизи дна с неизвестным рельефом //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1987.

54. Киселев JI.B.,Инзарцев A.B. Управление целенаправленным движением АПР вблизи дна. Труды Всесоюзного совещания по техническим средствам изучения Океана, М.,1985.

55. Insartsev A.V., Kiseljev L.V., Lvov O.Yu. Underwater Robot Motion Adaptiv Control.Proc.of the PACON '90.Tokio,90.

56. Ageev M.D.,Kiseljev L.V., Scherbatyuk A.Ph. Integreted Positioning System for AUV. Proc. of the Underwater Int. Conf., Vancouver, 1989.

57. Ageev M.D., Kiseljev L.V., Scherbatyuk A.Ph. Tasks for the Autonomous Underwater Robot. Proc. of the URIC'92, Pisa,1992.

58. Ageev M.D., Kasatkin B.A., Scherbatyuk A.Ph. Positiong of an AUV. Proc.of the URIC'95, Lisboa,1995.

59. Молоков Ю.Г.,Зозулинский A.M. Сетевая архитектура бортовых систем АПР // В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток,1987, с.81.

60. Молоков Ю.Г. Вопросы организации бортового канала информационного обмена при построении сетевой структуры АПР //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1988, с.40.

61. Insartsev A.V. Mission Planning and Execution for Inspectiong AUV. Proc.of the Oceans '95,San Diego,1995.

62. Инзарцев A.B. Планирование поведения АНПА с использованием расслоенных структур управления //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1992, с.4.

63. Инзарцев A.B. Система управления АНПА с открытой архитектурой // В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1995, с.50.

64. Щербатюк А.Ф.,Ваулин Ю.В. Моделирование работы комплексирован-ной навигационной системы АПР //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1990, с.31

65. Беляев В.И. Обработка и теоретический анализ океанографических наблюдений. Киев, Наукова Думка, 1973.

66. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами. М., Машиностроение, 1973.

67. Баклицкий В.К.,Юрьев А.И. Корреляционно-экстемальные методы навигации. М.,Радио и связь,1982.

68. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М., Сов.радио, 1974.

69. Шербатюк А.Ф.,Ваулин Ю.В. Корреляционно-экстремальная навигационная система для АПР //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1992, с.51.

70. Щербатюк А.Ф. Моделирование работы алгоритмов КЭНС, использующих данные об изолинии поля рельефа. Препринт, Владивосток, 1985,N9(138).

71. Справочник по теории автоматического управления. Под ред. А.А.Красовского. М., Наука,1987.

72. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. М.,Наука,1967.

73. Гасилов B.JI. Об адаптивном осуществлении программных движений // В сб. Вопросы анализа нелинейных систем управления. УНЦ АН СССР, 1973.

74. Дейч A.M. Методы идентификации динамических объектов. М., Энергия,1979.

75. A.Chellabi, N.Meyer Feedback Linearization Control of Undersee Vehicles // JEEE Journal, 1993

76. K.R.Goheen, E.R. Jefferys Multivariable self-tuning autopilots for autonomous and remotely operated underwater vehicles // JEEE Journal of Oceanic Engineering, vol.15, no.3, 1990

77. R.Cristi, F.Popoulies, A.Healey Sliding mode control of autonomous underwater vehicles in the dive plane // JEEE Journal of Oceanic Engineering, vol.15, no.3, 1990

78. R.Cristi, F. A.Popoulias,A. J.Healey. Adaptive Sliding Mode Control of AUV in the Dive Plane.IEEE Journal of Oceanic Engineering,Vol.15,No3,1990,p.152.

79. M.Xi. S.M.Smith. A fuzzy sliding controller for AUV,s. Proceedings of the 9-th international symposium on unmannad untethered submersible technology, 1995.

80. E.F.Hilton. Controller design and selection for an Odissey-class AUV,s. Proceedings of the 9-th international symposium on unmannad untethered submersible technology, 1995.

81. A.Bennett, J.Leonard, J.Bellingham. Bottom Following for Survey-class AUV. Proc.of the 9-th UUST,1995,p.327.

82. R.White, S.Smith. Fuzzy Behavioral Controllers Using Criteria Based Decision Making for Bottom Following Missions in AUV's. Proc.of the 9-th UUST,1995,p.337.

83. R.M.Langebach, G.J.S.Ral. Fuzzy Logic Control for AUV. Proc.of the 9-th UUST,1995.

84. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов 2-е издание. Д.: Судостроение, 1988.

85. Русецкий А.А., Жученко Н.М., Дубровин О.В. Судовые движители. Л.: Судостроение, 1971.

86. Березин С.Я. Автоматическое управление курсом. Л.,Судостроение, 1965.

87. Федяевский K.K.,Соболев Г.В. Управляемость корабля. JL, Судпромгиз, 1963, с.376.

88. Васильев A.B. Управляемость судов. Л ^Судостроение, 1989,с.358

89. Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Справочник. Л.,Судостроение, 1988, с.358.

90. Агеев М.Д. Движительная установка для универсального АПА повышенной маневренности //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1992, с.15.

91. Агеев М.Д. Упрощенная методика расчета движителей для АПА //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1995, с.33.

92. Киселев JLВ.,Молоков Ю.Г.,Львов О.Ю. Имитаторы стендовой динамической отладки систем АПР //В сб. Подводные роботы и их системы, Владивосток, 1990, с.23.

93. Агеев М.Д., Рылов Н.И. О погрешности измерения флуктуаций скорости течений, обусловленной движением носителя. Препринт iV21(50), ИАПУ, Владивосток, 1985.

94. Агеев М.Д. О точности стабилизации гравиметрической дрейфующей станции //В сб. Подводные роботы и их системы. Отв.ред. Л.В.Киселев. Владивосток 1990.

95. Агеев М.Д. Точное измерение колебаний подводного аппарата с применением инерциальной навигационной системы //В сб. Подводные роботы и их системы. Отв.ред. Л.В.Киселев. Владивосток, 1990.

96. Киселев Л.В., Львов О.Ю. Адаптивное управление движением подводного аппарата //В сб. Подводные роботы и их системы. Отв.ред. Л.В.Киселев. Владивосток, 1988, с.77.

97. Инзарцев А.В.,Данько Ю.В. и др. Интегрированная система хранения информации АНПА //В сб. Морские технологии,вып.1, Дальнаука, 1997, с.50.

98. Анисимов H.A.,Коваленко A.A., Инзарцев A.B., Щербатюк А.Ф. Графическая среда для формирования программы-задания АПР //В сб. Морские технологии,вып.1, Дальнаука, 1997,с.6.

99. Жданюк Б.Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений. М.,Сов.радио, 1978.

100. Sh.Breiner. Marine Magnetics Search Geometries Technical Report, 1975, No7.

101. P.Fenning. Rele of the Magnetometer Offshore Services, 1977, 10,No4.

102. Гордиенко В.И., Убогий В.П., Ярошевский Е.В. Электромагнитное обнаружение инженерных коммуникаций и локальных аномалий. Киев: На-укова думка, 1981.

103. Зимин Е.Ф., Коганов Э.С. Измерение параметров электрических и магнитных полей в проводящих средах. М.: Энергоатомиздат, 1985.

104. Шауб Ю.Б. Электрометрия для морских геофизических исследований. Владивосток: Дальнаука, 1994.106. 340 Pipe к Cable Tracking System, Product Description, TSS ( UK) Ltd.

105. Ястребов В.С.,Армишев C.B. Алгоритмы адаптивного движения подводного робота. М.,Наука, 1988,с.85.

106. Киселев Л.В.,Юдаков A.A. Динамика подводного робота при траектор-ном обследовании объектов //В сб. Подводные роботы и их осистемы, Владивосток, 1992,с.28.

107. Underwater model resistence test for CR-01A automatic underwater vehicle. CSSRC Report 92201.

108. Wind tunnel wake test for CR-01A deep submerged vehicle, CSSRC. Report 92201.

109. Киселев JI.В., Никифоров B.B. Устройство для удержания подводного аппарата на заданном расстоянии от дна. Авт. свидетельство на изобретение N 632236, 1978.

110. Никифоров В.В. Автономный робот разведчик глубоководных полезных ископаемых. Вестник ДВО АН СССР, N 4(37), 1990, с.56.

111. Инзарцев A.B. Инструментальная система программирования заданий для АПР МТ-88 //В сб. Подводные роботы и их системы. Отв.ред. Л.В.Киселев. Владивосток, 1990, с.12.

112. В совместных работах автор лично участвовал как в постановке задач, так и в их решении, и соответствующие ссылки приведены в диссертационной работе.

113. Комиссия констатирует высокий научный уровень работы, оригинальность и практическую значимость ее результатов, большой личный вклад автора в постановку и решение важной научно-технической проблемы.1. Председатель комиссии1. Члены комиссии

114. В.И.Крон рр> А.Ф.Щербатюк У^ Н.И.Рылов1. Ю.Г.Молоковг у