doi:
УДК: 681.5

РАЗРАБОТКА СИМУЛЯТОРА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА

Сиек Ю. Л., Журкин П. О., Борисов А. Н.
Язык статьи: русский

Аннотация

В статье рассмотрена разработка симулятора для моделирования управляемого движения автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА). Необходимость разработки реалистичных имитационных моделирующих средств обоснована применением компьютерного моделирования при разработке АНПА и его составных компонентов, в том числе алгоритмического обеспечения информационно-управляющей системы. В статье проанализированы аналогичные программные продукты, которые условно можно разделить на три группы: специализированные симуляторы, универсальные игровые движки и библиотеки физического моделирования. Исследованы преимущества и недостатки наиболее ярких примеров программного обеспечения (ПО) из этих категорий. Сделан вывод о необходимости разработки собственного графического симулятора. На основе анализа аналогов разработана программная архитектура, включающая три компонента: модуль физического моделирования, модуль визуализации и модуль системы управления. Приведена обобщенная математическая модель динамики управляемого движения АНПА в жидкости, используемая при построении модуля физического моделирования. Исследуются инструментальные средства разработки трехмерных моделей для симулятора, которые могут быть как активными (АНПА, надводные суда, животный мир), так и пассивными (рельеф дна, трубопроводы, затонувшие объекты). Для демонстрации возможностей разработанного симулятора приведены результаты имитационного моделирования для различных режимов, в том числе для поисковых маневров в виде меандра и движения змейкой. Особое внимание уделено моделированию движения в подледной обстановке и алгоритмам поиска полыней для приледнения. Ключевые слова: АНПА, система управления движением, симулятор, имитационное моделирование, OpenGL, траекторное обследование

Список литературы

1. Борисов, А.Н. Вычислительная система для имитационного моделирования процесса видеонаблюдения подводного дна / А.Н. Борисов, Ю.Л. Сиек // Оптические и информационные технологии. Материалы молодежной конкурс-конференции. - 2018. - С. 25-26
2. Сиек, Ю.Л. Основы моделирования динамики подводного аппарата в системе MATLAB: учебное. пособие / Ю.Л. Сиек, А.Е. Невский. - Санкт-Петербург : Изд-во СПбГМТУ, 1998. - 109 с
3. UWSim : The UnderWater Simulator. - URL: http://www.irs.uji.es/uwsim (дата обращения : 20.01.2023)
4. Open Dynamics Engine : ODE. - URL: http://www.ode.org (дата обращения : 22.01.2023)
5. Имитационный моделирующий комплекс для обследовательского автономного подводного робота / В. Бобков, М. Морозов, А. Багницкий [и др.] // Научная визуализация. - 2013. - Т. 5, № 4. - С. 47-70
6. Визуализация процесса имитационного моделирования группы автономных необитаемых подводных аппаратов / А.Ю. Демин, В.А. Сорокин, И.А. Анферов [и др.] // Известия ЮФУ. Технические науки. -2016. - № 1 (174). - С. 77-87
7. Fossen, T.I. Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control / T.I. Fossen. - United Kingdom : John Wiley & Sons, 2011. - 582 р
8. Борисов, А.Н. Визуализация подводной сцены в параллельной вычислительной системе / А.Н. Борисов, Ю.Л. Сиек // Морские интеллектуальные технологии. - 2018. - № 2-1 (40). - С. 119-126
9. Tessendorf, J. Simulating Ocean Water /j. Tessendorf // SIG-GRAPH’99 Course Note. - 2001. - 26 р
10. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для научных исследований в Арктике / А.В. Инзарцев, А.В. Каморный, О.Ю. Львов [и др.] // Подводные исследования и робототехника. - 2007. -№2 (4). - С. 5-14
11. Лаптев, К.З. Алгоритмы выбора полыней и мест для приледнения АНПА при работе в высоких широтах / К.З. Лаптев, А.В. Багницкий // Технические проблемы освоения Мирового океана. - 2019. - Т.8. - С. 43-49
12. Борисов, А.Н. Управление движением автономного необитаемого подводного аппарата на основе прогнозирующей модели / А.Н. Борисов, Ю.Л. Сиек // Морской вестник. - 2020. - № 4(76). - С. 98-101
13. Borisov, A.N. A parallel optimization algorithm for predictive control of marine vessel / A.N. Borisov, J.L. Siek // Journal of Physics: Conference Series : International Conference «Information Technologies in Business and Industry», Новосибирск, 13-15 февраля 2019 года. - Новосибирск : Institute of Physics Publishing. - 2019. - С. 042004. DOI 10.1088/1742-6596/1333/4/042004