كنترل‌ عمق شناور زيرسطحي‌ خودكار با استفاده از روش كنترل رخداد-تحريك

Depth Control of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV) by Event-triggered Control Method

در اين مقاله، از روشي جديد براي كنترل عمق يك شناور زيرسطحي خودكار استفاده مي­ شود. فرض بر اين است كه مسير مطلوبي كه شناور زيرسطحي بايد طي كند توسط يك كاربر بيرون از آب تعيين مي­شود، بنابراين ارتباط بين كنترل­كننده و شناور زيرسطحي به ­وسيلة يك شبكة ارتباطي بي­سيم برقرار مي ­شود. با توجه به چالش ­ها و محدوديت­هاي ارتباط بي­سيم، از روشي نوين براي كاهش نرخ ارسال داده از كنترل­ كننده به محرك مادامي كه كارايي سيستم حفظ شود، استفاده مي ­شود. براي اين منظور، ابتدا با استفاده از روش غيرخطي مبتني ­بر معادلات ريكاتي وابسته به حالت (SDRE)، يك كنترل­ كننده ردياب عمق را براي شناور زيرسطحي خودكار طراحي مي­ كنيم. سپس با استفاده از روش كنترل رخداد- تحريك و با حفظ كارايي سيستم، نرخ ارسال داده در شبكه ارتباطي را به حداقل ممكن مي ­رسانيم. با توجه به مقدار ميانگين مربع خطاي رديابي حاصل از اعمال دو كنترل­ كننده SDRE و رخداد- تحريك براي رديابي يك خط­ سير سينوسي ميرا (در روش SDRE، 00063/0 و در روش رخداد-تحريك 0/00065)، همچنين با توجه به ميزان كاهش 68 درصدي ارسال داده در روش رخداد- تحريك مي­ توان نتيجه گرفت كه كنترل­ كننده رخداد- تحريك طراحي شده با حفظ كارايي سيستم در حد يك روش بسيار توانمند مانند SDREميزان قابل توجهي استفاده از شبكه ارتباطي را كاهش مي ­دهد. بنابراين با استفاده از اين روش مي ­توان بر بسياري از محدوديت­ ها و چالش­ هاي استفاده از شبكه ارتباطي بي­ سيم فائق آمد.

In this paper, a new method is used to depth control of an autonomous underwater vehicle (AUV). It is assumed that the desired trajectory, which should be tracked by the AUV, is defined by a user outside the vehicle and therefore, the communication between the controller and the AUV is done by a wireless network. To tackle the limitations and challenges in the wireless communication, a novel method is used to decrease the rate of sending messages from the controller to the actuator, while the closed-loop performance is maintained. To this end, using the nonlinear state-dependent Riccati equation (SDRE), a tracking controller is designed for the depth control of the AUV. Then, using the event-triggered methodology, the communication rate between the controller and the AUV is minimized. According to the mean square tracking error of applying both SDRE and event-triggered controllers, to track a damped sinusoidal trajectory ( and , respectively) and also according to 68 percent reduction of data transmission in event-triggered method, it can be concluded that the designed event-triggered control decreases the utilizing of the communication network with maintaining the system performance. Therefore, this method can tackle most of constraints and challenges of using a wireless network.