ارائه مدل غيرخطي براي شناورهاي زيرسطحي خودگردان و شناسايي مبتني بر الگوريتم حداقل مربعات خطا

Nonlinear Model for Autonomous Underwater Vehicle and Identification Based on Least Square Algorithm

در اين مقاله يك مدل غيرخطي براي شناورهاي زيرسطحي خودگردان ارائه شده است. جهت بهبود توصيف عملكرد ديناميكي اين شناورها، مدل دو زيرسيستم طولي و عرضي با در نظر گرفتن نيروها و گشتاورهاي وارد بر سيستم استخراج مي شود. مدل پيشنهادي تعميم مدل خطي اين شناورها در مانورهاي عمق و سمت مي باشد و برخي ديناميك هاي غيرخطي جهت توصيف دقيق تر عملكرد زيرسيستم ها در نظر گرفته شده است. پس از تعيين فرم معادلات ديناميكي سيستم، تخمين ضرايب مدل پيشنهادي بررسي مي گردد. با توجه به مباحث كاربردي و بر اساس فرم معادلات سيستم، از روش حداقل مربعات خطا جهت تعيين ضرايب مدل استفاده مي شود. در روند شناسايي، بدليل ديناميك ناپايدار سيستم، امكان تحريك حلقه باز وجود ندارد. با توجه به نامعلوم بودن ضرايب مدل، كنترل كننده هاي PID جهت تنظيم ساده و بكارگيري در تست هاي عملي در حركت سمت و عمق پيشنهاد شده اند و تحريك هر دو زيرسيستم با بكارگيري مانورهاي معمول سينوسي در حلقه فيدبك صورت مي گيرد. در ادامه نيز با بكارگيري فيلترهاي ديناميكي بر سيگنال هاي قابل اندازه گيري نظير سرعت هاي زاويه اي، شتاب هاي خطي و زواياي اويلر، از روش حداقل مربعات جهت تخمين ضرايب مدل استفاده شده است. در پايان، كارايي مدل غيرخطي پيشنهادي و الگوريتم حداقل مربعات خطا در شناسايي ضرايب مدل در ارتباط با ضرايب يك سيستم با پارامترهاي هيدرودينامك مشخص مورد بررسي قرار مي گيرد. نتايج بدست آمده دقت مدل غيرخطي و عملكرد مناسب روش شناسايي را نشان مي دهد

A nonlinear model for Autonomous Underwater Vehicles is proposed. In order to describe a more precise dynamic behavior, the nonlinear model for both Lateral and Longitudinal subsystems is derived based on all applied forces and moments. The proposed model can be explained as an extended linear model for AUV in depth and azimuth motions where some nonlinearities are taken into account. Due to some practical issues as well as the form of proposed model, the identification problem based on Least Square method is formulated to achieve the system parameters. By considering unstable dynamics of system, the open loop system cannot be excited. In this case, the PID regulators with simple tuning parameters are proposed in both Lateral and Longitudinal subsystems and the identification problem by utilizing sinusoidal inputs is followed within a feedback loop. Based on measurable variables, i.e. linear moments, angular velocities and Euler angles, and utilizing some dynamic filters, the Least Square method is then applied to estimate the model parameters. The effectiveness of proposed nonlinear model as well as the parameter identification approach are finally demonstrated through some numerical simulations.