Обзор механизмов изменения плавучести и режимов работы для автономного необитаемого подводного аппарата планирующего типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА»

Институт двигателей и энергетических установок

Кафедра автоматических систем энергетических установок

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине «Мобильные роботы»

на тему «Обзор механизмов изменения плавучести и режимов работы для АНПА планирующего типа»

Выполнила:

студент группы 2414 Суркова Д.М.

Проверила:

ассистент кафедры АСЭУ Салмина В.А.

Самара 2018

ЗАДАНИЕ

1. Сделать обзор систем изменения плавучести для автономных необитаемых подводных аппаратов планирующего типа

a. Типы схем;

b. Где используются;

c. Достоинства и недостатки каждой.

2. Написать алгоритм работы электромеханической системы изменения плавучести MarIam для 3-х режимов (блок-схема дерева заданий):

a. Режим погружения;

b. Режим всплытия;

c. Режим аварийного всплытия.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка 24 с, 9 рисунков, 4 литературных источника информации, 1 приложение, 4 блок-схемы.

АВАРИЙНОЕ ВСПЛЫТИЕ, АВТОНОМНЫЕ НЕОБИТАЕМЫЕ ПОДВОДНЫЕ АППАРАТЫ, АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ, БЛОК-СХЕМА, ВИДЫ АНПА, ВСПЛЫТИЕ, ОСОБЕННОСТИ АНПА, ПОГРУЖЕНИЕ.

Объектом исследования является автономный необитаемый подводный аппарат, представляющий дистанционно управляемый роботизированный аппарат.

Целью работы является обзор систем изменения плавучести для автономных необитаемых подводных аппаратов планирующего типа и составление системы изменения плавучести MarIam для 3-х режимов.

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Автономные необитаемые подводные аппараты
• 2. Механизмы изменения плавучести АНПА
• 2.1 Принцип действия различных механизмов изменения плавучести
• 2.2 Схемы изменения плавучести
• 3. Виды автономных НПА
• 3.1 Гавиа (GAVIA)
• 3.2 Дельфин
• 3.3 Слокум Глайдер
• 3.4 Глайдер “Морская тень”
• 4. Алгоритм работы электромеханической системы изменения плавучести MARIAM
• Заключение
• Список используемой литературы
• Приложение

ВВЕДЕНИЕ

• Автономные необитаемые подводные аппараты /АНПА/ - один из инструментов для исследования Мирового океана. Автономность аппарата означает, что он может решать поставленные задачи без участия человека. На основе использования АНПА существуют методы решения различных прикладных задач экологического мониторинга, обследования протяжённых объектов, поиска затонувших объектов и др. АНПА планирубщего типа или глайдеры представляют собой разновидность энергоэффективных АНПА. Передвижение аппарата такого класса осуществляется за счёт изменения плавучести.

Подводные глайдеры являются дальнейшим эволюционным развитием дрейфующих буев-профилографов, однако при этом наделены новыми качествами: мобильностью (способностью «покрывать» значительные по площадям акватории); эффективным использованием в составе роботизированных комплексов различного назначения; эффективными процедурами сбора информации и её передачи в центр обработки в масштабе времени близком к реальному; оперативной корректировкой программного задания миссии, определяемой возможностями современных телекоммуникационных технологий.

Благодаря механизму управления собственной плавучестью и крыльями глайдер преобразует вертикальное движение в горизонтальное, что позволяет ему медленно «скользить» в водной толще по пилообразной траектории. Движение глайдера определяется его формой, размером, массой и ее распределением внутри прочного корпуса аппарата, свойствами окружающей воды.

Глубины погружения современных подводных глайдеров практически неограничены (до 6000 м), что говорит о возможности использования их для различных прикладных задач - исследования донных районов океана, континентальных шельфов, прибрежных акваторий и мелководных зон.

Таким образом, подводный глайдер можно считать универсальным инструментом сбора разнородной информации, доставки её конечному пользователю, а также потенциально эффективным элементом информационно-коммуникационной подводной сети. Использование подводных глайдеров в составе комплекса морских технических объектов открывает широкие возможности для построения распределенных информационно-измерительных сетей двойного назначения

• 1. АВТОНОМНЫЕ НЕОБИТАЕМЫЕ ПОДВОДНЫЕ АППАРАТЫ
• Автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) представляют собой особый вид морской техники. Первоначально они нашли применение в военной сфере, однако на сегодняшний день можно констатировать их использование для широкого круга научных, исследовательских и прикладных задач, связанных с освоением и мониторингом Мирового океана, поддержкой решения экологических задач, задач прогнозирования климата, контроля биоресурсной базы, разработкой подводных месторождений полезных ископаемых, сейсморазведкой, использованием в качестве средств контроля и оповещения в чрезвычайных ситуациях. Таким образом, АНПА являются морскими техническими средствами двойного назначения.

Автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) подразделяются на:

- волновые,

- с пропульсивным двигателем,

- планирующие,

- биомимитические.

Рисунок 1 - Виды автономных необитаемых подводных аппаратов

Волновые АПНА

Волновые глайдеры, передвигающиеся только за счёт энергии волны, являются самыми энергоэффективными, что даёт им автономность работы около 1 года. Роботы такого класса состоят из подводной и надводной части, соединённых кабель-тросом. Надводная часть находится на поверхности воды и содержит в себе электронное и датчиковое оборудование, позволяющие собирать разнообразные океанографические и метеорологические данные.

В Самарском университете такой класс роботов представлен роботом MariBot (рисунок 2), оснащённым так же системой изменения плавучести для погружения под воду. плавучесть мониторинг электромеханический mariam

Рисунок 2 - Волновой глайдер MariBot

Планирующие глайдеры

В Самарском университете такой класс глайдеров представлен роботом MarIam. MarIam (рисунок 3) включают в себя цифровую систему управления, датчиковое оборудование, систему спутниковой связи и навигационное оборудование. Он может работать как в автономном режиме, так в ручном, когда ему задаются последовательные команды на следование по определённой траектории и параллельного сбора информации, а затем на всплытие и передачу накопленных данных на поверхности.

Рисунок 3 - Планирующий глйдер MarIam

Источником (единственным или основным) движения глайдера является изменение плавучести. Вертикальный импульс всплытия или погружения преобразуется в горизонтальный изменением относительного положения центров (тяжести, плавучести, давления...), подобно тому, как это делают воздушные планеры. Указанный принцип движения позволяет резко сократить расход энергии, что, в свою очередь, позволяет принципиально увеличить дальность плавания, хотя и с небольшой скоростью. В конце XX века были созданы планеры с дальностью автономного плавания в тысячи километров.

Биомимитические роботы

Отдельную нишу в подводной робототехнике занимают биомимитические роботы. Их принцип движения копирует локомоцию животных, в данном случае рыб и морских млекопитающих. Самарский университет активно поддерживает тенденцию развития биомимитической робототехники проектом MariFlex - это пневматическая роборыба, способная перемещаться за счёт изменения своего интегрального объёма и внутренних химических реакций, приводящих в движение хвостовой плавник.

Рисунок 4 - Пневматическая роборыба MariFlex

2. МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТИ АНПА

2.1 Принцип действия различных механизмов изменения плавучести

Плавучесть определяют как свойство погруженного в воду тела оставаться в равновесии, не выходя из воды и не погружаясь дальше, то есть плавать. На плавающее судно вертикально вниз действуют силы веса (тяжести), пропорциональные нагрузке масс судна, а вертикально вверх - силы гидростатические, пропорциональные массе вытесненной воды. В теории выделяют следующие виды плавучести: нейтральная плавучесть, отрицательная и положительная.

Нейтральная плавучесть достигается, когда объём принятой воды в точности равен запасу плавучести, считается что плавучесть утеряна -- запас равен 0 %. Действительно, в этот момент тело погружается и находится в неустойчивом состоянии, когда любое внешнее воздействие может вызвать его уход под воду.

Положительной плавучестью называют случай, когда сила вытеснения превышает нагрузку масс судна (силу тяжести) и оно начинает двигаться вверх, т.е. всплывать.

Отрицательная плавучесть достигается при приёме объёма воды больше чем запас плавучести (или любого груза, большего по весу). В этом случае оно неспособно плавать, а может только тонуть.

Для кораблей и различных наводных суден отрицательная плавучесть недопустима, поэтому при проектировании учитываются все возможные нагрузки и внешние воздействия для поддержания запаса плавучести. Для осуществления пилообразного движения глайдера требуется управление запасом плавучести: при отрицательной плавучести аппарат погружается, при положительной всплывает, нейтральная плавучесть используется как правило для передачи данных и корректировки маршрута.

Важнейшей системой подводных глайдеров является механизм изменения плавучести (МИП). Назначение МИП состоит в изменении веса или объела аппарата, что позволяет управлять плавучестью глайдера и, в зависимости от знака плавучести, обеспечивать его погружение или всплытие.

В настоящее время используется (исследуется) несколько различных типов МИП, которые применяются на подводных глайдерах и отличаются принципом действия: электрические, термические, химические.

Электрический МИП имеет достаточно много вариантов технической реализации, в основе которых лежат насос или поршень с линейным приводом для перекачки рабочей жидкости между внутренней и внешней (по отношению к прочному корпусу) эластичными ёмкостями. В результате перекачки рабочей жидкости между ёмкостями изменяется объем аппарата, вследствие чего возникает сила плавучести того или иного знака. Энергопотребление подобного электромеханического МИП в связи с достаточно невысокой эффективностью может составлять до 60-70 % от общей энергии, потребляемой всеми системами и устройствами аппарата.

В термическом варианте МИП используется принцип изменения агрегатного состояния воскообразного рабочего тела. Термический механизм включает трубу, теплообменник, аккумулятор, клапанный распределитель и две ёмкости - внутреннюю и внешнюю (по отношению к прочному корпусу). Теплообменник представляет собой внешние трубы (расположенные вдоль всего корпуса аппарата и имеющие большую площадь для обеспечения быстрого теплообмена) заполненные рабочим телом, изменяющим фазовое состояние при температуре 10 °С. В теплы приповерхностных слоях воды рабочее тело нагревается, плавится и расширяется. Это расширение преобразуется в сжатие жидкости в аккумуляторе энергии. Погружение глайдера инициируется перекачкой жидкости из внешней ёмкости во внутренний резервуар. При температурах ниже точки затвердевания сжатие рабочего тела переводит жидкость из внутреннего резервуара обратно в теплообменник. Для всплытия, энергия, накопившаяся в аккумуляторе, производит работу пропорциональную произведению давления на объем вытеснения и цикл повторяется. На сегодня основным недостатком термического глайдера является необходимость в перепаде температур не менее 10° С. Это обстоятельство ограничивает применение термических глайдеров на 65 % Мирового океана. Термоглайдер имеет весьма низкий к.п.д. - в силу малых разностей температур он составляет около 3 %. Однако столь низкий к.п.д. не критичен, так как запас энергии океана практически неограничен. В связи с этим термический глайдер имеет дальность хода существенно превосходящую дальность электрического глайдера.

В основе химического механизм изменения плавучести лежит явление резкого увеличения объёма водорода, возникающее в результате реакции гидрида лития с морской водой. При этом морская вода вытесняется из реактивной камеры, создавая избыточную плавучесть. Полученный при этом водород может использоваться для создания электроэнергии в топливных элементах для питания системы управления и навигационно-измерительных приборов.

Для точного управления глайдером по углу дифферента и крена могут использоваться различные методы: управление с помощью отклоняемых гидродинамических поверхностей (рулей) и/или управление с помощью изменения положения центра тяжести аппарата в продольном и поперечном направлениях. На практике чаще всего для изменения положения центра тяжести аппарата используется механизм, перемещающий энергетический модуль (блок батарей) в продольном или радиально-поперечном направлениях.

2.2 Схемы изменения плавучести

В большинстве случаев на практике для изменения плавучести используют механизмы, позволяющие изменить массу аппарата, сместить центр тяжести или изменить объем вытесненной жидкости, сочетая в себе перечисленные ранее методы.

На рисунке 5 представлена схема изменения плавучести, конструктивно реализованная следующим образом: внутри корпуса глайдера и за границами его корпуса расположены две ёмкости, между которыми расположен реверсивный насос, который перемещает рабочее тело (воздух) из одной полости в другую. Т.к. гидростатические силы пропорциональны объёму вытесненной жидкости, то, регулируя объем внешней полости, осуществляется управление плавучестью: для достижения положительной плавучести требуется переместить воздух во внешнюю полость, для отрицательной - во внутреннюю.

Достоинства и недостатки

Легко достигается герметичность, т.к. полость соединена шлангом или трубой. Конструкция относительно простая, однако требуется источник энергии для работы насоса, что увеличивает вес аппарата. Для изготовления внешней полости требуется материал устойчивый к механическим повреждениям. Также к недостаткам можно отнести риск зацепления аппарата шлангом за водоросли, поэтому такую схему следует применять для аппаратов, которые работают на небольшой глубине и исключён риск запутывания.

Рисунок 5

Вторая схема также включает внешнюю и внутреннюю полости,, но отличается включением нормально закрытого распределителя и нереверсивного насоса. Управление плавучестью осуществляется переключением распределителя.

Достоинства и недостатки

Конструкция более сложна по сравнению в предыдущей, однако использование нормально закрытого распределителя упрощает управление. Достоинства и недостатки аналогичны предыдущей схеме, её применение актуально когда по каким-либо причинам, например, экономическим, реверсивный насос использовать не представляется возможным.

Рисунок 6

Третья схема включает диафрагму, которая механически прикреплена к поршню актуатора. В данном случае поршень является исполнительным механизмом управления плавучестью. Диафрагма может оставаться на границе корпуса и жидкости окружающей среды, тем самым сохраняя нейтральную плавучесть, перемещаясь во внешнюю среду, диафрагма вытесняет объем воды, необходимый для всплытия аппарата, а при перемещении диафрагмы во внутрь корпуса, часть жидкости из внешней среды перемещается «во внутрь» аппарата, и объем вытесненной жидкости уменьшается и достигается отрицательная плавучесть.

Достоинства и недостатки

Использование эластичной диафрагмы исключает зацепление аппарата за водоросли в отличии от предыдущих схем. Однако актуатор и поршень требуют больше места. К недостаткам можно также отнести затраты энергии на работу поршня и увеличение веса конструкции.

Рисунок 7

Вариант изменения плавучести представленный на рисунке 8 включает внешнюю полость, соединённую с внутренним цилиндром, которые заполнены рабочей жидкостью, а перемещением жидкости из цилиндра во внешнюю полость осуществляется поршнем актуатора. Принцип изменения плавучести также основан на изменении объёма вытесненной жидкости. Способ аналогичен первому варианту, но внутренней полостью выступает полость цилиндра.

Достоинства и недостатки

В данной конструкции также присутствует риск зацепления аппарата за водоросли и повреждения внешней полости. Элементы схемы занимают место внутри аппарата и утяжеляют конструкцию и требуют много энергии.

Рисунок 8

На рисунке представлена схема изменения плавучести с помощью изменения массы аппарата. Внутри аппарата расположена полость, в которую насосом через трубу закачивается жидкость из водоёма.

Достоинства и недостатки

Для применения данной схемы не требуется дополнительная рабочая жидкость т.к. забор воды происходит из внешней среды, освобождается место внутри конструкции. Легко достичь герметичности конструкции, однако форма аппарата становиться менее обтекаемой и есть риск зацепления.

Рисунок 9

3. ОБЗОР АВТОНОМНЫХ НПА

3.1 Гавиа (GAVIA)

Модульная конструкция автономного необитаемого аппарата АНПА «Гавиа» позволяет изменять конфигурацию и оснащения аппарата в соответствии с задачами производимых операций. Для своих массогабаритных характеристик АНПА имеет большую рабочую глубину и автономность.

Назначение АНПА «Гавиа»:

1. Вооружённые силы/Полиция/Береговая охрана:

· Поисковые и спасательные операции;

· Освещение подводной обстановки;

· Разведка;

· Использование в качестве средства доставки;

· Проведение операций по разминированию.

2. Добывающие отрасли промышленности:

· Геодезическая съёмка рельефа морского дна;

· Подлёдные исследования;

· Геологическая разведка на шельфе и в глубоководных районах океана;

· Осмотр и обследование подводных конструкций установок газо- и нефтедобычи, газо- и нефтепроводов, кабельных трасс.

3. Исследование и экомониторинг океана:

· Оперативный и долговременный мониторинг водной среды;

· Измерение гидробиологических, гидрохимических и гидрофизических параметров среды с последующим картографированием данных;

· Исследования топографии морского дна и биосферы на мелководье, глубинах до 2000 м, в условиях подледной работы .

Особенности Автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) «Гавиа»:

· Отсутствие функциональной зависимости от судна обеспечения;

· Высокая скорость ПА при поиске;

· Большая зона покрытия;

· Широкий диапазон глубин погружения;

· Точность определения координат цели;

· Точность удержания своего места в районе дислокации;

· Подводная автономность аппарата;

· Универсальность при выполнении широкого круга задач;

· Сбор данных в непосредственной близости к объекту.

АНПА «Гавиа» имеет модульную конструкцию, обеспечивая возможность изменения конфигурации и перестройки в соответствии с требованиями производимых операций.

Особенности модульной конструкции:

· Быстрая установка новых модулей;

· Смена модулей в полевых условиях;

· Установка модулей в зависимости от поставленных задач.

3.2 Дельфин

АНПА «Дельфин» - небольшой автономный аппарат, предназначенный для проведения работ в прибрежных и внутренних водах.

Назначение

· Обзорно-поисковые работы: поиск и обследование затонувших объектов, инспекция подводной инфраструктуры (трубопроводов, кабелей), подводных сооружений;

· Инженерные изыскания на стадии подготовки к подводному строительству: топографическая и фотовидеосъемка морского дна, акустическое профилирование и картографирование рельефа;

· Океанографические исследования, мониторинг водной среды, оценка биоресурсов;

· Работы специального назначения: обследование потенциально опасных объектов, подледные работы, прокладка кабельных линий;

· Работы военного назначения, включающие:

Ш Охрану водных районов и обеспечение безопасности объектов военной техники;

Ш Поиск и обезвреживание мин, противоминное картирование;

Ш Обеспечение связи, измерение характеристик водной среды и дна для обеспечения работы ГАС;

Ш Разведка, сбор данных и постановка помех;

Ш Освещение подводной обстановки, поиск и обнаружение объектов противника.

Особенности конструкции АНПА

· Малые габариты. Отличительной особенностью подводного аппарата является его портативность и компактность. Компактные размеры аппарата позволяют всей системе уместиться в один водонепроницаемый кейс, масса которого 20 кг. Аппарат готов к использованию в течение 15-ти минут. Для обслуживания системы достаточно одного человека.

· Надёжность. Благодаря простой и продуманной архитектуре построения электронной части и современной системе контроля и защите обеспечивается надёжная работа подводного аппарата. Вся электронная часть подводного аппарата располагается в герметичном отсеке.

3.3 Слокум Глайдер

Глайдер представляет собой автономный необитаемый подводный аппарат, который перемещается в вертикальном направлении посредством изменения плавучести, а в горизонтальном - за счёт крыльев и стабилизаторов, установленных на корпусе. Угол дифферента управляется путём сдвига аккумуляторной батареи внутри аппарата. Большую часть времени аппарат свободно глоссирует из одной точки в другую по пилообразной траектории, что делает его экономичным в потреблении энергии и бесшумным.

Когда аппарат находится на поверхности, он осуществляет выход на связь для передачи собранных данных и текущих координат.

АНПА «Слокум Глайдер» имеет модульную структуру, что позволяет менять и устанавливать модули в зависимости от поставленных задач.

Назначение АНПА «Слокум Глайдер»:

Вооружённые силы/МЧС/Береговая охрана:

· Освещение подводной обстановки;

· Мониторинг параметров водной среды при ЧС (разливах нефти, сейсмоактивности, техногенных авариях в прибрежных зонах).

Добывающие отрасли промышленности:

· Предварительная разведка мест подводного строительства;

· Подледные исследования;

· Мониторинг подводной среды вокруг мест разработок

Исследование и экомониторинг океана:

· Оперативный и долговременный мониторинг водной среды;

· Измерение гидробиологических, гидрохимических, гидрофизических параметров среды;

· Отслеживание изменения параметров водной среды в зависимости от глубины для изучения динамики океанов.

Особенности:

· Отсутствие функциональной зависимости от судна-носителя;

· Автономность до нескольких месяцев;

· Полезная нагрузка определяется заказчиком;

· Региональная площадь покрытия;

· Широкий диапазон глубин погружения;

· Большой объем измеряемых параметров;

· Регулярность получения данных через спутник;

· Высокая экономичность эксплуатации.

3.4 Глайдер “Морская тень”

Автономный необитаемый подводный планер. Может вести поисковые работы, глубоководную разведку. Аппарат двойного назначения. Испытывался в составе перспективных подводных комплексов ВМФ РФ осенью 2016 года.

Тип аппарата - подводный глайдер, подразумевает что он движется за счёт изменения собственной плавучести. Адресован океанологам, нефтегазодобывающим компаниям и военным.

В состав комплекса входят: исследовательский глайдер, глайдер-носитель мини-аппаратов, глайдер-ретранслятор, корабельный пункт управления, а также средства ретрансляции.

Особенности:

· приводится в движение гидродинамическими силами за счёт изменения плавучести,

· способен до полугода находиться в автономном плавании, передавая на берег гидрографическую информацию,

· отследить глайдер практически невозможно -- он движется за счёт изменения совей плавучести, практически не создавая шумов,

· способный преодолевать подводные течения.

"Морская тень" отличается от предыдущих версий более "реалистичными характеристиками, точностью управления и расширенным набором полезных нагрузок".

3.5 Суррогат

Подводный АНПА, робот-цель, способный имитировать различные подводные лодки.

Предположительно позволит отказаться от использования в качестве учебных целей действующих подводных лодок, что является избыточно дорогим. Способен имитировать атомную и дизель-электрическую подводные лодки, воспроизводя, в частности, их маневрирование. Благодаря этому можно будет использовать этот аппарат для имитации подводной лодки на учениях.

Может служить "ложной целью", например:

1. в случае военного противостояния с какой-либо державой, обладающей какими-либо системами обнаружения и подавления подводных лодок, может отвлекать на себя силы и средства противника, передвигаясь автономно;

2. после обнаружения настоящей подлодки, она сможет выпустить "Суррогат" и заглушить двигатели. В этом случае, "Суррогат" в режиме имитации "материнской подлодки", может продолжить движение по курсу, выполнить какие-то манёвры, что может помочь обитаемой подлодке уйти из опасного места.

Может использоваться в мирных целях, в качестве подводного разведчика, например, в интересах компаний, добывающих полезные ископаемые на шельфе.

4. АЛГОРИТМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТИ MARIAM

Алгоритм работы электромеханической системы изменения плавучести подводного глайдера MARIAM основан на изменении центра масс аппарата путём перемещения блока аккумуляторных батарей. Перемещение происходит включением с помощью сервопривода, при включении которого происходит «прокручивание» блока батарей по оси с резьбой. В зависимости от цели - погружение или всплытие, задаётся направление вращения. При перемещении блока аккумуляторов к носу аппарата, смещается центр тяжести и он накреняется, при этом вода попадает в балластную ёмкость, расположенную на носу глайдера. Таким образом сила тяжести превосходит силу, пропорциональную объёму вытесненной жидкости, которая действует вверх, и аппарат начинает тонуть, т.е. погружаться. Для достижения определённой глубины предусмотренно отслеживание достигнутой глубины с помощью датчика давления. Как известно, на тело, погруженное на глубину действует давление, пропорциональное толще воды, находящейся сверху тела, т.е. глубине погружения. В следствие, для погружения на заданную глубину необходимо включить фоновую задачу сравнения текущего давления, значение которого считывается с датчика через заданные промежутки времени, с давлением, соответствующим заданной глубине.

В алгоритме работы гладера (рисунок А.1) можно выделить три режима, связанных с погружением и всплытием :

Режим погружения;

Режим всплытия;

Режим аварийного всплытия.

Для перемещения по толще воды, т.е. для изменения направления движения глайдера по осям Х и У производится поворот блока батарей без смещения центра тяжести по продольной оси аппарата.

Рассмотрим условия для включения режима погружения (рисунок А.2):

- все системы работают исправно, т.е. после получения задания был проведён опрос всех систем и получено подтверждение о работоспособности;

- отслеживание запаса энергии происходит в фоновом режиме, погружение разрешено если запаса энергии хватает для выполнения задания и аварийного возврата на станцию;

-достигнуты требуемые координаты на поверхности (координаты по Х и У) или для достижения координат требуется погружение;

Рассмотрим условия для включения режима всплытия (рисунок А.3):

- все системы работают исправно, т.е. после получения задания был проведён опрос всех систем и получено подтверждение о работоспособности;

- отслеживание запаса энергии происходит в фоновом режиме, погружение разрешено если запаса энергии хватает для выполнения задания и аварийного возврата на станцию;

- достигнута заданная глубина погружения;

- все инструкции, полученные со станции выполнены: все данные собраны со всех датчиков;

- режим ожидания не требуется (режим ожидания используется только при нахождении аппарата на поверхности)

Рассмотрим условия для режима аварийного всплытия (рисунок А.4)

- фоновая задача опроса работоспособности всех систем аппарата выявила ошибку в любой момент выполнения миссии;

- фоновая задача проверки запаса заряда выявила критически малый заряд - этот заряд должен программно установлен в уровень, достаточный для возврата на базу (координаты базы хранятся в памяти аппарата).

Все составленные алгоритмы представлены в приложении А.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автономные необитаемые подводные аппараты, а в частности, такая их разновидность, как подводные глайдеры, находят применение не только как стратегическая единица вооружения, но и в сфере океанографических исследований. Разработка улучшенных механизмов управления и сбора информации является перспективным направлением в современной мобильной робототехнике. В данной работе был сделан обзор на существующие виды подводных глайдеров, а также были рассмотрены перспективные разработки учёных Самарского университета. Мною был проведён анализ основных механизмов изменения плавучести и составлена блок-схема управления глайдером.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Агеев М.Д., Киселёв Л.В., Матвиенко Ю.В. и др.; под общ. ред. М.Д. Агеева Автономные подводные роботы: системы и технологии. - М.: Наука, 2005. - 398 с.

Кожемякин И.В., Рождественский К.В., Рыжов В.А., Смольников А.В., Татаренко Е.И. Подводные глайдеры: вчера, сегодня, завтра. Ч. 1 // Морской вестник. - 2013. - № 1. С. 113-117.

Стандарт предприятия. СТО СГАУ 02068410-004-2007. Общие требования к оформлению учебных текстовых документов.

Технический отчёт по НИР С-004 «Исследования в обеспечении создания информаци- онно-измерительной системы на основе необитаемых подводных аппаратов типа «глай- дер», I этап. - НИЧ СПбГМТУ. - СПб., 2012. - 340 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рисунок А.1 - Общий алгоритм управления глайдером

Рисунок А.2- Алгоритм для погружения

Рисунок А.3- Алгоритм для всплытия

Рисунок А.4 - Алгоритм режима аварийного всплытия

Размещено на Allbest.ru

...