تاثیر ضرایب مشتقات پایداری دینامیکی بر طراحی پارامترهای عملکردی عملگر در یک ربات زیر آب

تعیین یک مدل دینامیکی مناسب برای یک ربات زیر آب، از نظر طراحی سیستم هدایت و کنترل از اهمیت زیادی برخوردار است. به منظور طراحی یک سیستم کنترلی موفق برای وسایل زیر آب همواره دانستن ضرایب مشتقات پایداری هیدرودینامیکی وسیله به طور کامل و با دقت کافی مورد توجه محققان بوده است. انتخاب عملگر مناسب در سیستم کنترل روی عملکرد کلی سیستم و هزینه های پروژه موثر است. معمولاً در طراحی عملگرها تاثیر ضرایب مشتقات پایداری دینامیکی در نظر گرفته نمی شود؛ بنابراین در این تحقیق سعی شده است تا میزان اهمیت این ضرایب در طراحی عملگرها بررسی شود. برای این منظور در ابتدا معادلات حرکت یک ربات زیر آب مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، استخراج ضرایب هیدرودینامیکی شامل ضرایب استاتیکی و دینامیکی برای یک ربات زیر آب توسط یک کد محاسباتی سریع انجام و پس از آن اثرات ضرایب مشتقات پایداری دینامیکی بر پارامترهای عملکردی دینامیکی وسیله مانند پهنای باند دینامیک سیستم و نقش آن در سیستم کنترل بررسی شد. همچنین در پایان به بررسی انتخاب عملگر مناسب برای ربات زیر آب و مطالعه اثرات فرکانس طبیعی عملگر بر عملکرد سیستم پرداخته شد.

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

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.