Design, modelling and simulation of a remotely operated vehicle – Part 1
Số trang: 14
Loại file: pdf
Dung lượng: 2.14 MB
Lượt xem: 18
Lượt tải: 0
Xem trước 2 trang đầu tiên của tài liệu này:
Thông tin tài liệu:
This paper presents the numerical simulation of a recently developed Remotely Operated Vehicle (ROV) utilising theoretical and experimental work to obtain the vehicle’s hydrodynamic characteristics and a LabVIEW based numerical model to predict its behaviour.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Design, modelling and simulation of a remotely operated vehicle – Part 1Journal of Computer Science and Cybernetics, V.29, N.4 (2013), 299–312DESIGN, MODELLING AND SIMULATION OF A REMOTELY OPERATEDVEHICLE – PART 1HUNG DUC NGUYEN, SACHITH MALALAGAMA, DEV RANMUTHUGALAUniversity of Tasmania / Australian Maritime College; nguyenhd@amc.edu.auTóm t t. Bài báo trình bày mô phỏng số cho một phương tiện ngầm vận hành từ xa (ROV) mớiđược phát triển gần đây sử dụng lý thuyết và thử nghiệm để thu được đặc tính thủy động lực học vàmô hình số dùng LabVIEW để ước lượng động thái của phương tiện ngầm. Nhằm thiết kế và thựchiện điều khiển chính xác một phương tiện ngầm vận hành từ xa trong khi làm nhiệm vụ thì mô hìnhtoán yêu cầu các hệ số thủy động học chính xác được xác định thông qua sự kết hợp giữa phươngpháp giải tích, động học chất lỏng tính toán (CFD) và thử nghịệm. Mô phỏng dùng LabVIEW cóthể kiểm chứng được các tham số và mô hình toán của phương tiện ngầm vận hành từ xa theo cácđiều động và điều kiện hoạt động thay đổi.T khóa. Mô hình hóa, CFD, mô phỏng số, điều khiển, phương tiện vận hành từ xa và phương tiệnngầm.Abstract. This paper presents the numerical simulation of a recently developed Remotely OperatedVehicle (ROV) utilising theoretical and experimental work to obtain the vehicle’s hydrodynamic characteristics and a LabVIEW based numerical model to predict its behaviour. In order to design andto implement precise control of the ROV during missions, the mathematical model requires accuratehydrodynamic coefficients, which are determined for the ROV through a combination of analytical,Computational Fluid Dynamics (CFD), and experimental work. The LabVIEW based simulationenabled the verification of the coefficients and mathematical model under varying operational manoeuvres and conditions.Key words. Modelling, CFD, numerical simulation, control, ROV and underwater vehicle.AbbreviationAMC: Australian Maritime College;AUV: Autonomous Underwater Vehicle;CFD: Computational Fluid Dynamics;CWC: Circulating Water Channel;DOF: Degrees of Freedom;GNSS/INS: Global Navigation Satellite System/Inertial Navigation System;HIL: Hardware in the Loop; PID: Proportional Integral and Derivative;ROV: Remotely Operated Vehicle;SST: Shear Stress Transport;UTAS: University of Tasmania.300HUNG DUC NGUYEN, SACHITH MALALAGAMA, DEV RANMUTHUGALANomenclatureSymbolUnitDescriptionBC (ν)D (ν)g (η)Ix ,Iy ,IzJΘkKP , KI , KDli (i = 1, 2, 3)MMRBMAp, q, rRn (Θ)bTΘ (Θ)uu, v, wWx, y, zxG , yG , zGηννrνcφ, θ, ψNbuoyancy forceCoriolis centripetal matrixdamping matrixgravitational and buoyancy forces and moments vectorkgm2Moment of inertia aboutx, y and zaxis, respectivelyJacobian transform matrixN/Vthrust coefficientmdistance from each thruster to centre of gravityPID control gainsmass matrixrigid body mass matrixadded mass matrixrad/sroll, pitch and yaw ratesEuler angle rotation matrixEuler coordinate system transformation matrixinput vectorm/ssurge, sway and heave velocitiesNweightmdisplacements along themcoordinates of the vehicle’s centre of gravityη = [x, y, z, φ, θ, ψ]T the position and Euler’s angle vectorν = [u, v, w, p, q, r]T the linear velocity vectorνr = [ur , vr , wr , pr , qr , rr ]T the relative velocity vector, νrcurrent velocity vectorradx, y , and z -axes= ν − νcroll, pitch and yaw angles1.INTRODUCTIONWhen designing ROV/AUV platforms requiring precise control during underwater missions[10, 11], the physical and virtual/mathematical models play an important role, enabling thedesigner to understand the vehicles’ dynamics and to develop appropriate and adequate controlsystems. However the development of a specialist physical prototype of a ROV or an AUV, evenutilising off-the-shelf electronics is relatively expensive and can significantly limit development,especially within academic institutions developing such vehicles for educational and researchpurposes. Thus, the authors developed an inexpensive ROV using easily accessible materialand equipment [17]. The ROV was fabricated utilising: PVC piping for the vehicle’s frame;thrusters developed from submersible bilge pump motors connected to model scaled propellers;fishing net floats for buoyancy; and miscellaneous equipment and components that are easilyobtainable from local hardware stores. The ROV was designed to carry out the following [16,17]:• observe and survey seabed conditions, submersed objects, and structures;• observe aquaculture farm facilities and equipment; and• perform basic underwater surveillance operations.DESIGN, MODELLING AND SIMULATION OF A REMOTELY OPERATED VEHICLE301Although the vehicle in this paper is tethered, i.e. generally depends on a human operatorfor guidance and control [21], it can also be untethered with pre-programed mission control,thus operating in ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Design, modelling and simulation of a remotely operated vehicle – Part 1Journal of Computer Science and Cybernetics, V.29, N.4 (2013), 299–312DESIGN, MODELLING AND SIMULATION OF A REMOTELY OPERATEDVEHICLE – PART 1HUNG DUC NGUYEN, SACHITH MALALAGAMA, DEV RANMUTHUGALAUniversity of Tasmania / Australian Maritime College; nguyenhd@amc.edu.auTóm t t. Bài báo trình bày mô phỏng số cho một phương tiện ngầm vận hành từ xa (ROV) mớiđược phát triển gần đây sử dụng lý thuyết và thử nghiệm để thu được đặc tính thủy động lực học vàmô hình số dùng LabVIEW để ước lượng động thái của phương tiện ngầm. Nhằm thiết kế và thựchiện điều khiển chính xác một phương tiện ngầm vận hành từ xa trong khi làm nhiệm vụ thì mô hìnhtoán yêu cầu các hệ số thủy động học chính xác được xác định thông qua sự kết hợp giữa phươngpháp giải tích, động học chất lỏng tính toán (CFD) và thử nghịệm. Mô phỏng dùng LabVIEW cóthể kiểm chứng được các tham số và mô hình toán của phương tiện ngầm vận hành từ xa theo cácđiều động và điều kiện hoạt động thay đổi.T khóa. Mô hình hóa, CFD, mô phỏng số, điều khiển, phương tiện vận hành từ xa và phương tiệnngầm.Abstract. This paper presents the numerical simulation of a recently developed Remotely OperatedVehicle (ROV) utilising theoretical and experimental work to obtain the vehicle’s hydrodynamic characteristics and a LabVIEW based numerical model to predict its behaviour. In order to design andto implement precise control of the ROV during missions, the mathematical model requires accuratehydrodynamic coefficients, which are determined for the ROV through a combination of analytical,Computational Fluid Dynamics (CFD), and experimental work. The LabVIEW based simulationenabled the verification of the coefficients and mathematical model under varying operational manoeuvres and conditions.Key words. Modelling, CFD, numerical simulation, control, ROV and underwater vehicle.AbbreviationAMC: Australian Maritime College;AUV: Autonomous Underwater Vehicle;CFD: Computational Fluid Dynamics;CWC: Circulating Water Channel;DOF: Degrees of Freedom;GNSS/INS: Global Navigation Satellite System/Inertial Navigation System;HIL: Hardware in the Loop; PID: Proportional Integral and Derivative;ROV: Remotely Operated Vehicle;SST: Shear Stress Transport;UTAS: University of Tasmania.300HUNG DUC NGUYEN, SACHITH MALALAGAMA, DEV RANMUTHUGALANomenclatureSymbolUnitDescriptionBC (ν)D (ν)g (η)Ix ,Iy ,IzJΘkKP , KI , KDli (i = 1, 2, 3)MMRBMAp, q, rRn (Θ)bTΘ (Θ)uu, v, wWx, y, zxG , yG , zGηννrνcφ, θ, ψNbuoyancy forceCoriolis centripetal matrixdamping matrixgravitational and buoyancy forces and moments vectorkgm2Moment of inertia aboutx, y and zaxis, respectivelyJacobian transform matrixN/Vthrust coefficientmdistance from each thruster to centre of gravityPID control gainsmass matrixrigid body mass matrixadded mass matrixrad/sroll, pitch and yaw ratesEuler angle rotation matrixEuler coordinate system transformation matrixinput vectorm/ssurge, sway and heave velocitiesNweightmdisplacements along themcoordinates of the vehicle’s centre of gravityη = [x, y, z, φ, θ, ψ]T the position and Euler’s angle vectorν = [u, v, w, p, q, r]T the linear velocity vectorνr = [ur , vr , wr , pr , qr , rr ]T the relative velocity vector, νrcurrent velocity vectorradx, y , and z -axes= ν − νcroll, pitch and yaw angles1.INTRODUCTIONWhen designing ROV/AUV platforms requiring precise control during underwater missions[10, 11], the physical and virtual/mathematical models play an important role, enabling thedesigner to understand the vehicles’ dynamics and to develop appropriate and adequate controlsystems. However the development of a specialist physical prototype of a ROV or an AUV, evenutilising off-the-shelf electronics is relatively expensive and can significantly limit development,especially within academic institutions developing such vehicles for educational and researchpurposes. Thus, the authors developed an inexpensive ROV using easily accessible materialand equipment [17]. The ROV was fabricated utilising: PVC piping for the vehicle’s frame;thrusters developed from submersible bilge pump motors connected to model scaled propellers;fishing net floats for buoyancy; and miscellaneous equipment and components that are easilyobtainable from local hardware stores. The ROV was designed to carry out the following [16,17]:• observe and survey seabed conditions, submersed objects, and structures;• observe aquaculture farm facilities and equipment; and• perform basic underwater surveillance operations.DESIGN, MODELLING AND SIMULATION OF A REMOTELY OPERATED VEHICLE301Although the vehicle in this paper is tethered, i.e. generally depends on a human operatorfor guidance and control [21], it can also be untethered with pre-programed mission control,thus operating in ...
Tìm kiếm theo từ khóa liên quan:
A remotely operated vehicle Mô hình hóa Mô phỏng số Phương tiện vận hành từ xa Numerical simulation Underwater vehicleGợi ý tài liệu liên quan:
-
Tính toán và phân tích rẽ nhánh đối với dao động tuần hoàn của động cơ trên nền đàn hồi
5 trang 173 0 0 -
PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN
87 trang 145 0 0 -
Giáo trình Công nghệ phần mềm - Đề tài Quản lý nhà sách
79 trang 115 0 0 -
Thiết kế điều khiển cho các bộ biến đổi điện tử công suất - Trần Trọng Minh & Vũ Hoàng Phương
142 trang 89 0 0 -
27 trang 82 0 0
-
Mô hình hóa và điều khiển hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ xăng
5 trang 78 0 0 -
5 trang 54 0 0
-
Giáo trình ANSYS và mô phỏng số trong công nghiệp bằng phần tử hữu hạn: Phần 1
161 trang 43 0 0 -
Phân tích dòng chảy trên bề mặt dốc với các góc nghiêng khác nhau
8 trang 41 0 0 -
8 trang 41 0 0