تاثير ضرايب مشتقات پايداري ديناميكي بر طراحي پارامترهاي عملكردي عملگر در يك ربات زير آب

Effect of Dynamic Stability Derivatives Coefficients on the Design of Operational Parameters of the Actuator in an Underwater Robot

تعيين يك مدل ديناميكي مناسب براي يك ربات زير آب، از نظر طراحي سيستم هدايت و كنترل از اهميت زيادي برخوردار است. به منظور طراحي يك سيستم كنترلي موفق براي وسايل زير آب همواره دانستن ضرايب مشتقات پايداري هيدروديناميكي وسيله به طور كامل و با دقت كافي مورد توجه محققان بوده است. انتخاب عملگر مناسب در سيستم كنترل روي عملكرد كلي سيستم و هزينه هاي پروژه موثر است. معمولا در طراحي عملگرها تاثير ضرايب مشتقات پايداري ديناميكي در نظر گرفته نمي شود؛ بنابراين در اين تحقيق سعي شده است تا ميزان اهميت اين ضرايب در طراحي عملگرها بررسي شود. براي اين منظور در ابتدا معادلات حركت يك ربات زير آب مورد بررسي قرار گرفته است. سپس، استخراج ضرايب هيدروديناميكي شامل ضرايب استاتيكي و ديناميكي براي يك ربات زير آب توسط يك كد محاسباتي سريع انجام و پس از آن اثرات ضرايب مشتقات پايداري ديناميكي بر پارامترهاي عملكردي ديناميكي وسيله مانند پهناي باند ديناميك سيستم و نقش آن در سيستم كنترل بررسي شد. همچنين در پايان به بررسي انتخاب عملگر مناسب براي ربات زير آب و مطالعه اثرات فركانس طبيعي عملگر بر عملكرد سيستم پرداخته شد.

Determining a dynamic model for an underwater robot is of great importance in design of guidance and control system. Researchers always need a complete knowledge about hydrodynamic stability derivatives coefficients of vehicle with sufficient accuracy to design a successful control system for underwater vehicles. The selection of proper actuator in control system is important on the global performance of the system and the costs of the project. Usually, the effect of dynamic stability derivative coefficients is not considered in the design of actuators; therefore, in the present study, it is tried to investigate the effect of these coefficients in the design of actuators. For this purpose, firstly, the equations of motion for an underwater robot are presented. Then, hydrodynamic coefficients that contains static and dynamic coefficients are determined, using a rapid computational code and, then, the effect of hydrodynamic stability derivatives coefficients on the operational dynamic parameters of vehicle such as the bandwidth of the system dynamics and its role in the control system are considered. Finally, the selection of appropriate actuator for the underwater robot and the effects of natural frequency of actuators on the system performance are studied.