Stability of the guidance system of autonomous underwater vehicles in the presence of underwater currents

Abstract

В статье рассматривается задача наведения автономных подводных аппаратов (АПА) на заданный объект в горизонтальной плоскости при действии неконтролируемого постоянного течения. Управление формируется по изображениям, поступающих с видеокамеры или гидроакустического датчика, измеряя угол визирования, характеризующий положение объекта. Наш подход основывается на методах теории устойчивости, позволяющих обеспечить желаемое поведение АПА. Специфика рассматриваемой задачи анализа устойчивости определяется ее терминальным характером – правые части замкнутой управляемой системы имеют сингулярную точку в момент окончания процесса наведения. Это обстоятельство существенно затрудняет решение задачи, не позволяя использовать известные методы. Мы формализуем желаемое поведение АПА в виде определений устойчивости, разрабатываем подход к анализу их устойчивости, основанный на методе функций Ляпунова, и предлагаем критерии устойчивости. Полученные результаты иллюстрируются компьютерным моделированием. The article deals with the problem of guidance autonomous underwater vehicles (AUV) to a given object in a horizontal plane under the action of an uncontrolled constant current. The control is formed from images coming from a video camera or a hydroacoustic sensor, measuring the angle of sight that characterizes the position of the object. Our approach is based on the methods of stability theory, which allow us to ensure the desired behavior of the AUV. The specificity of the stability analysis problem under consideration is determined by its terminal nature – the right parts of a closed controlled system have a singular point at the end of the guidance process. This circumstance significantly complicates the solution of the problem, not allowing the use of known methods. We formalize the desired behavior of APAS in the form of stability definitions, develop an approach to the analysis of their stability based on the Lyapunov function method, and propose stability criteria. The proposed results are illustrated by computer modeling.