Ambiente virtual para el diseño de controladores de seguimiento de trayectorias de posición de vehículo operado remotamente
DOI:
https://doi.org/10.15332/iteckne.v16i2.2358Palabras clave:
Control LQR, ambiente virtual, ROV, MATLAB, MSC. ADAMS, co-simulación, Navegación HorizontalResumen
Este artículo presenta un ambiente virtual basado en co-simulación entre MatLab y MSC Adams, permitiendo simulación, análisis, desarrollo y validación de estrategias de control para el seguimiento de trayectorias de posición de un vehículo operado remotamente (ROV). Los resultados de simulación en el plano horizontal muestran que es posible, de forma simple, construir un ambiente virtual que permite observar movimientos realistas al ingresar las fuerzas ejercidas sobre un ROV. Sacando ventaja de las propiedades de co-simulación, las experiencias en este trabajo muestran que esta estrategia de simulación es muy adecuada para propósitos de análisis y diseño de control, permitiendo a los investigadores y profesionales el uso amplio de herramientas de control disponible en MATLAB para este fin. En este trabajo se utiliza un regulador lineal cuadrático (LQR) robusto con acción integral para evaluar el desempeño del entorno virtual propuesto en el seguimiento de una trayectoria de posición. Para la validación se utilizaron trayectorias ampliamente empleadas en diseños de estudios navales como son la de forma de Zig-Zag y la de forma Circular. Los resultados de simulación muestran que la integración de MatLab y MSC Adams permite evaluar de forma efectiva el desempeño de estrategias de control en este entorno virtual. El enfoque presentado permite ganar experiencia acerca de los desafíos de este tipo de problemas de control, antes de tratar con los aspectos complejos de sintonización en ambientes experimentales reales, evitando pérdidas y sobrecostos en los proyectos robótica submarina.
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A. Atyabi, S. MahmoudZadeh, and S. Nefti-Meziani, Current advancements on autonomous mission planning and management systems: An AUV and UAV perspective. Annual Reviews in Control, vol. 46, pp. 196-215, 2018. DOI: 10.1016/j.arcontrol.2018.07.002.
Z. Zeng, L. Lian, K. Sammut, F. He, Y. Tang, and A. Lammas, A survey on path planning for persistent autonomy of autonomous underwater vehicles. Ocean Engineering, vol. 110, pp. 303-313, 2015. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2015.10.007.
N. Crasta, D. Moreno-Salinas, A.M. Pascoal, and J. Aranda, Multiple autonomous surface vehicle motion planning for cooperative range-based underwater target localization. Annual Reviews in Control, vol. 46, pp. 326-342, 2018. DOI: 10.1016/j.arcontrol.2018.10.004.
C. Valencia, and M. Dutra, Estado del arte de los vehículos Autonomos sumergibles alimentados por Energía Solar. Revista Iteckne, vol. 7, pp. 46-53, 2010. DOI: 10.15332/iteckne.v7i1.348.
O. Matsebe, C.M. Kumile, and N.S. Tlale, A review of virtual simulators for autonomous underwater vehicles (auvs). IFAC Proceedings Volumes, vol. 41(1), pp. 31-37, 2008. DOI: 10.3182/20080408-3-IE-4914.00007.
D. Hroncová, I. Delyová, and P. Frankovský, Kinematic analysis of mechanisms using MSC Adams. Applied Mechanics & Materials, vol. 611, pp. 83-89, 2014. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.611.83.
D. Sosa-Méndez, R.A. García-García, E. Lugo-González, and M. Arias-Montiel, Análisis cinemático directo de un robot paralelo planar 4RPR mediante ADAMS. In Memorias del Tercer Congreso Internacional sobre Tecnologías Avanzadas de Mecatrónica, Diseño y Manufactura (AMDM2016), Santiago de Cali, Colombia, Abril, 2016.
D. Sosa-Méndez, R.A. García-García, E. Lugo-González, and M. Arias-Montiel, ADAMS-MATLAB co-simulation for kinematics, dynamics, and control of the Stewart–Gough platform. International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 14(4), 2017. DOI: 10.1177/1729881417719824.
F. Cheraghpour, M. Vaezi, H.S. Jazeh, and S.A. Moosavian, Dynamic modeling and kinematic simulation of Stäubli© TX40 robot using MATLAB/ADAMS co-simulation. In Mechatronics (ICM), 2011 IEEE International Conference on Mechatronics, pp. 386-391, 2011. DOI: 10.1109/ICMECH.2011.5971316.
K. Emad, ROV, designed on solidworks 2015 rendered on keyshot 5.64. [Online]. Egypt: grabcad. [consult: 1 October 2017] 2016. Available at: https://grabcad.com/library/rov-16
Guide, Getting Started Using Adams/Controls, mscsoftware, [Online]. 2011. Available at: https://research.utep.edu/Portals/1107/Getting%20Started%20Using%20ADAMS%20Controls.pdf
B.O. Arnesen, Motion control systems for ROVs. Master’s thesis in marine cybernetics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Department of Marine Technology, pp. 47-58, 2016.
W.A. Ramirez, Z.Q. Leong, H. Nguyen, and S.G. Jayasinghe, Non-parametric dynamic system identification of ships using multi-output Gaussian Processes. Ocean Engineering, vol. 166, pp. 26-36, 2018. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2018.07.056.
S. Duman, and S. Bal, Prediction of the turning and zig-zag maneuvering performance of a surface combatant with URANS. Ocean systems engineering-an international journaL, vol. 7(4), pp. 435-460, 2017. DOI: 10.12989/ose.2017.7.4.435.
M.A. Hinostroza, X. Haitong, and C. Guedes-Soares, Experimental and numerical simulations of zig-zag manoeuvres of a self-running ship model. Maritime Transportation and Harvesting of Sea Resources, Guedes Soares, C. & Teixeira A.P. (Eds.), Taylor & Francis Group, London, UK, pp. 563-570, 2017. ISBN 978-0-8153-7993-5.
Guidance and Control of Vehicles (T. I. Fossen), lecture Notes TTK 4190, Department of Engineering Cybernetics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), October 2018.
F. Benetazzo, G. Ippoliti, S. Longhi, and P. Raspa, Advanced control for fault-tolerant dynamic positioning of an offshore supply vessel. Ocean Engineering, vol. 106, pp. 472-484, 2015. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2015.07.001.
G.I. Bitar, Towards the Development of Autonomous Ferries. Master of Science in Cybernetics and Robotics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Department of Marine Technology, 2017.
J. Uria-Rojas, Herramienta de Simulación Marina MSS. Tesis presentada en opción al grado de Ingeniero en Automática, Universidad Central” Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ingeniería Eléctrica, 2015.
M.P. de la Portilla, A.L. Piñeiro, J.A.S. Sánchez, and R.M. Herrera, Modelado dinámico y control de un dispositivo sumergido provisto de actuadores hidrostáticos. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial, vol. 15(1), pp. 12-23, 2017. DOI: 10.4995/riai.2017.8824
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