نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر

2 کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، موسسه غیرانتفاعی آمل

چکیده

کنترل عمق زیردریایی‌های بدون سرنشین به‌دلیل حضور اغتشاش، نویز و دینامیک‌های غیرخطی، امری دشوار در زمینه کنترل سیستم‌ها محسوب شده و برای حل آن به روش‌هایی که نسبت به عدم قطعیت‌های سیستم مقاوم باشند، نیاز است. یکی از روش های مقاوم در برابر عدم قطعیت‌ها و اغتشاشات، کنترل کننده مدلغزشی است. علی رغم این مزیت، اما در عمل به‌دلیل تاخیر محاسباتی و محدودیت در عملگرها، تغییرات آنی امکانپذیر نبوده و منجر به پدیده چترینگ در سیگنال کنترل و در نتیجه، تحریک دینامیک‌های فرکانس بالا می‌شود. در این تحقیق کنترل عمق یک زیردریایی بدون سرنشین با کنترل کننده مد لغزشی، تحت مطالعه قرار گرفته است. برای رفع مشکل چترینگ در سیگنال کنترل، سعی شده است تا از ترکیب کنترل کننده مدلغزشی و شبکه عصبی مصنوعی استفاده شود. استفاده از شبکه عصبی مصنوعی باعث شده است تا عدم قطعیت‌های سیستم تخمین زده شده و دامنه چترینگ در سیگنال کنترل بطور موثری کاهش یابد. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که مشکلات در روش مدلغزشی در کنترل عمق زیردریایی، با استفاده از توانمندی‌های شبکه‌های عصبی مصنوعی برطرف شده و سیستم به نحو مطلوبی کنترل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Depth control of an Autonomous underwater vehicle (AUV) using neural sliding mode controller

نویسندگان [English]

  • J Ghasemi 1
  • Y Abdi 2

چکیده [English]

Depth control autonomous underwater vehicle due to disturbances, noise and non-linear dynamics is very important and difficult in the field of systems control and for the solving it in methods that are robust to the uncertainty of the system is needed. To deal with such uncertainties and disturbances, sliding mode control has been used. Generally, The main advantage of this method is robust to uncertainties and disturbances, But due to the computational delays and restrictions on operators immediately change is not possible and leads to the phenomenon of chattering in control signal and excitation high-frequency dynamics. In this paper, depth control of an autonomous underwater vehicle is considered. To solve the problem chattering in the system under study, We tried to be used the combination of sliding mode control and artificial neural network. The use of the artificial neural network has led to the estimation of the uncertainties of the system and the chattering domain in the control signal is effectively reduced. Simulation show that the sliding mode method problems in depth control of underwater vehicle using artificial neural network capabilities has been fixed and the system properly controlled.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Autonomous Underwater Vehicle
  • Depth Control
  • Neural Control
  • Sliding Mode
  • Chattering

[1] Sutton, R. Johnson, C. Roberts, G, N. "depth control of an unmanned underwater vehicle using neural networks", Ocean Engineering. Vol. 3, pp. 121-125, Septemper. 1994.

[2] Ji, Hong Li. Pan, Mook Lee. "design of an adaptive nonlinear controller for depth
control of an autonomous underwater vehicle", Ocean Engineering. Vol. 32, pp. 2165-2181, December. 2005.

[3] Prasanth Kumar, R. Dasgupta, A. Kumar, C.S. "Robust trajectory control of underwater vehicles using time delay control law", Ocean Engineering. Vol 34, pp. 1-5, April. 2006.

[4] Wallace, M, Bessa. Max, S, Dutra. Edwin, Kreuzer. "depth control of remotely operated underwater vehicles using an adaptive fuzzy sliding mode controller",  Journal of Robotics and Autonomous Systems. Vol. 56, pp. 671, November. 2007.

 [5] Seung, Keon, Lee. Kyoung, Ho, Sohn.  Seung, Woo, Byun.  Joon, Young, Kim. "modeling and controller design of manta-type unmanned underwater test vehicle",   Journal of Mechanical Science and Technology. Vol. 23, pp. 987-990, April. 2009.

[6] Phung, Hung, Nguyen. Yun, Chul, lung. "control of autonomous underwater vehicles using adaptive neural network", International Conference on Advanced Technologies for Communications. pp. 133-136, December. 2009.

[7] Aras, M. Abdollah, S. Shah, H. Rashid, M.
Aziz, M. ''Robust Control of Adaptive Single Input Fuzzy Logic Controller for Unmanned Underwater Vehicle'', Journal of Theoretical and Applied Information Thechnology, Vol. 57, pp. 372-379, November. 2013.

[8] Liang, X. Zhang, J. Qin,Y. Yang, H.
"Dynamic Modeling and Computer Simulation for Autonomous Underwater Vehicles with Fins", Journal of Computers, Vol. 8, pp. 1058-1064, April. 2013.

[9] Qingmei, Li. Shaorong, Xie. Yan, Peng. Jianfeng, Shi. Peng, Wu. Jiqing, Chen. Jun, Luo. Jason, Gu. "depth adjuster design and control for an underwater vehicle", IEEE  International Conference on Information and Automation. pp. 769- 772, July. 2014.

[10] Ajmal, M, S. Labeeb, M. Deepak, V. Dev. "fractional order PID controller for depth control of autonomous underwater vehicle using frequency response shaping approach", IEEE International Conference on Magnetics, Machines and Drives. pp. 1-6, July. 2014.

[11] Yoong, Siang, Song. Mohd, Rizal, Arshad. "sliding mode depth control of a hovering autonomous underwater vehicle", IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering. pp. 435-440, November. 2015.

[12] Yue, Wang. Yue, Shen. Kaihong, Wang. Qixin, Sha. Bo, He. Tianhong, Yan. "fuzzy controller used smoothing function for depth control of autonomous underwater vehicle", IEEE International Conference on Ocean Engineering. pp. 1-5, April. 2016.

[13] Slotin, J. J. "Applied Nonlinear Control", Prentice-Hall Inc., New York, 1991.

[14] Wilfrid, P. Jean, P. P. "sliding mode control in engineering",Marcel dekker Inc., New York, 2002.

[15] Marttin, T. Hagan. Howard, B. Demuth. "Neural Network Design" Mark Hudson Beale Inc., New York, 1996.

[16] "کنترل مقاوم" دکتر حمیدرضا تقی راد، محمد فتحی و فرینا زمانی اسکویی، انتشارات خواجه نصیرالدین طوسی، چاپ دوم 1393.

[17] مدح خان، مجتبی؛ "روبات‌های زیرآبی در قلمرو دفاع زیر دریا"، همایش ملی صنایع دریایی ایران، دوره دهم، 1387