Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
В управлении судном с глубоководным оборудованием на буксире
При производстве глубоководных исследований с помощью буксируемых глубоководных, подводных, аппаратов (ПА) в абиссальных районах океана следует учитывать глубину погружения ПА (до 6·106 м и более), незначительную его относительную скорость (до 3 узлов) по профилю, необходимость стабилизации его расстояния от дна (10÷20 м), влияние глубоководных течений на ПА и кабель-трос (КТ), соединяющий НИС с ПА, их массу и объём, а также влияние ветровых и волновых воздействий на НИС при низкой динамичности последнего, причем последний фактор существенно снижает эффективность руля НИС и его управляемость. При синтезе алгоритмов управления НИС с ПА на буксире возникает необходимость решения двух основных взаимосвязанных задач: определения отклонения ПА относительно заданной линии профиля в горизонтальной плоскости, удаления ПА от поверхности дна водоема; управления движением НИС с целью формирования оптимальных управляющих воздействий на рули НИС для минимизации отклонений ПА от линии профиля и работой траловой лебёдки для обеспечения заданного удаления ПА от дна. Движение ПА в горизонтальной плоскости относительно профиля представимо выражением вида
где y c(t) − отклонение НИС от заданного профиля, а y ac(t) − отклонение ПА относительно НИС. Уравнения движения ПА в вертикальной плоскости достаточно удовлетворительно описывается выражениями вида
где m − масса ПА, p − плавучесть (плотность) ГА; m x, m z.− составляющие присоединенной массы вытесненной ПА воды по осям OX и OZ; C x, C z − коэффициенты сопротивления воды движению ПА по тем же осям; S Mx; S Mz − площади проекций ПА соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях; r − плотность воды; v от − скорость НИС относительно воды; W − его водоизмещение; m − масса ПА; g к, g н − угол между путевой скоростью и касательной к КТ в точках его соединения с НИС и ПА соответственно. А так как КТ образует гибкую связь НИС с ГА, то уравнение (5.16.1) следует откорректировать с учетом динамики КТ. Учитывая значительную инерционность системы в целом, уравнения равновесного состояния КТ можно представить в виде
где l = varia − длина КТ, стравленного за борт НИС. Линеаризация уравнений (5.16.1), (5.16.2), (5.16.3) и (5.16.4) приводит к выражениям, описывающим отклонения точек позиционирования и скоростей ПА по горизонтальной (вдоль линии профиля) и вертикальной координатам. Движение ПА в вертикальной плоскости зависит от глубины D h его погружения и скорости движения v от НИС, что показано на рис. 5.16.1 Рис. 5.16.1 Положение ПА на заданном удалении D h 1 от дна водоема достигается путем формирования управляющих воздействий на траловую лебёдку, изменяя длину стравленного за борт КТ, и описывается выражением вида
при 1= А 1 Х 1+ В 1D l и X (0) = X 0, с которым закон изменения D l в функции от D v x, D x, D v z и D z принимает вид функционала, D l =D l 0(D v x, D x, D v z, D z), здесь q i (i =1, …, 4) и R – весовые коэффициенты. Оптимум управления, по результатам моделирования, достигается при D l 0= K P X 1=– R –1 В т РХ 1, где К р − матрица коэффициентов оптимального регулятора состояния траловой лебёдки, а R − решение уравнения Риккати
здесь Q − матрица весовых коэффициентов q i Результаты моделирования процесса управления положением ПА относительно дна, рельеф которого с уклоном до 45○ относительно горизонта, приводят к выражению
Таким образом, задача алгоритмизации процессов управления ГФК в контуре бокового отклонения ПА от заданной траектории состоит в формировании оптимального управления НИС в поперечном направлении (v y), естественно при сохранении v x= const и D h 1= const, но выражения описывающие поведение КТ и v z ПА, представляются дифференциальными уравнениями в частных производных. Исследования на возможность упрощения, линеаризации и разностно-дифференциальной аппроксимации исходных уравнений в частных производных подтвердили допустимость, с достаточной для практических целей, использования линейных дифференциальных уравнений, что позволяет перейти от краевой задачи к задаче Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений порядка (2 n –2) с постоянными коэффициентами (при разбиении КТ на (n -1) участков). Тогда решение задачи управления ПА в горизонтальной плоскости принимает вид x = AX (t)/ dt + Bv y, где Х − вектор состояния ПА; А − матрица размерности (2 n –2)´(2n–2); В − вектор размерности (2 n –2). Таким образом, решение задачи управления ПА в горизонтальной плоскости реализуемо по функционалу
где Q − матрица весовых коэффициентов размерности (2 n –2)´(2 n –2), параметры которой выбираются с учетом требований по допустимому отклонению D y и D z на отрезке времени D t. Функционал J ® max при оптимальном управлении U *º v yc, но U *= – B Т KX, где матрица коэффициентов K оптимальных обратных связей системы управления по вектору X, получаемая решением алгебраического матричного уравнения вида На рис. 5.16.2 приведены кривые зависимости натяжения Т, глубины Δ у и расстояния Δ х между ПА и судном-буксиром от скорости буксировки при фиксированной длине кабель-троса 6000 м. Натяжение Т вточке крепления к судну (у буксирной лебедки) уменьшается с увеличением скорости до 4 м / с и нарастает при дальнейшем увеличении скорости буксировки. При этом ПА с глубины 6 000 м всплывает до 1000 м, но расстояние между аппаратом и судном увеличивается.
Рис. 5.16.2 Рис. 5.16.3 Здесь показано, как изменяются натяжение Т в точке крепления кабель-троса к судну, длина L кабель-троса и расстояние Δ х между ПА и судном с увеличением скорости буксировки при поддержании постоянной глубины погружения ПА на 6000 м. С ростом скорости буксировки до 2 м / с необходимо увеличить длину кабель-троса до 13000 м. Вид статических конфигураций кабель-троса длиной порядка 6000 м в вертикальной плоскости при скоростях буксировки 0,25; 0,5; 1,0 м / с (кривые 1, 2, 3соответственно) иллюстрируется на рис. 5.16.3. Особенность движения кабель-троса при буксировке ПА заключается в том, что оно происходит с малыми боковыми и вертикальными скоростями по сравнению со скоростью продольного перемещения кабель-троса. Для любой его точки соблюдаются условия V z(t, s)<< V x(t, s); V y(t, s)<< V x(t, s); m z(t, s)<< m x(t, s); m y(t, s)<< m x(t, s). Ho и скорость поступательного продольного движения практически никогда не превосходит 2 м / с. Кроме того, стремятся, чтобы буксировка протекала плавно, без резких силовых воздействий на кабель-трос. При этих условиях допускается раздельный анализ динамики движения кабель-троса в вертикальной (продольное движение) и горизонтальной (боковое движение) плоскостях. Уравнения продольного движения записываются в виде
а бокового
где
Все коэффициенты q i(s) рассчитываются при постоянных значениях гидродинамической скорости V r0, ее касательной составляющей V rm0и неизменном во времени натяжении кабель-троса, определяемого выражением вида
Дифференциальные уравнения (5.16.11) и (5.16.12) в частных производных решаются при начальных m х(0, s); m у(0, s); m z(0, s); V x (0, s); V y (0, s); V z (0, s), а также граничных условиях на нижнем m x(t, L); m y(t, L); m z(t, L)и верхнем концах кабель-троса, причем последние играют роль управляющих воздействий и складываются из соответствующих проекций скорости движения судна-буксира и изменения длины кабеля L в результате работы буксирной лебедки:
Численное решение уравнений динамики кабель-троса может быть получено методом конечных элементов, который позволяет путем дискретизации пространственного аргумента перейти от краевой задачи в частных производных к задаче Коши и системе обыкновенных дифференциальных уравнений. Ниже приводятся некоторые результаты исследований. На рис. 5.16.4 приведены кривые изменения продольной и вертикальной скоростей движения ПА относительно их начальных установившихся значений, а также приращения координат Δ х и Δ у центра масс ПА в результате изменения длины кабель-троса на величину Δ L. Рис. 5.16.4 Основные параметры движения ПА в вертикальной плоскости демонстрируются на рис. 5.16.5. (Основные параметры движения ПА в плоскости XZ: h – глубина, zТ – удаление ПА от дна, x Т и h-z Т – координаты центра тяжести ПА, R – натяжение кабель-троса в точке О, γ к и γ н углы между касательной к кабель-тросу и осями x и x 1 соответственно). Уравнение движения ПА в плоскости XZ удовлетворяет условиям
и
где учитываются масса m и плавучесть p ПА, составляющие присоединенной массы m x и m z воды по осям OX и OZ, вязкость C x и C z по тем же осям, площади проекций S Mx и S Mz, плотность r воды, скорость v от и водоизмещение W НИС. Рис. 5.16.5 А так как кабель-трос (КТ) образует гибкую связь и система крайне инерционна (v от£3 узлов), то уравнения равновесного состояния КТ представимы в виде
Положение ПА на заданном удалении D h от дна обеспечивается при выполнении условия
а минимизация колебаний D h – по функционалу
Оптимум управления по результатам моделирования процессом управления положением ПА относительно дна, с учетом регулирования состояния траловой лебедки, достигается при выполнении условия D l 0= K P X 1=– R –1 В т РХ 1, A т1 P + PA 1– PB 1 R –1 B т1+ Q = 0, для рельефа дна с углом наклона до 45°, моделирование управлением описывается выражением dx 1/ dt = (A 1– B 1 K p) x 1+ Q 1 g (t), где учитываются матрица Q 1 параметров модели ПА и функция g (t), характеризующая рельеф дна. Движение ПА в плоскости по координате y учитывает отклонение y c(t) НИС относительно профиля и отклонение y ac(t) ПА относительно НИС
Таким образом, задача алгоритмизации процессов управления ГФК в контуре бокового отклонения ПА от заданной траектории реализуема по функционалу
где Q – матрица параметров, учитывающих требования на допуск D y (t) и D z (t).
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-23; просмотров: 106; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.220.140.5 (0.031 с.) |