Design of Multi-Vehicle control system for mapping and monitoring

Abstract

Denne masteroppgaven foreslår et arbeid med å utvikle GNC-system (veiledning, navigasjon og kontrollsystem) for Double Blueye, som er et fjernoperasjonskjøretøy (ROV) satt sammen av to Blueye Pioneers for å bære instrumenter med større nyttelast. For å håndtere forskjellige oppdrag i undervannsverdenen, vil forskjellige enheter bli fjernet eller lagt til på kjøretøyet. Så forskjellige GNC-systemer er nødvendig for tilsvarende versjon av Double Blueye.

For å nå dette målet er arbeidet delt inn i 3 deler av oppgaver: Double Blueye System Identification system, Simuleringsmiljø for Double Blueye og GNC system av Double Blueye.

1) Double Blueye System Identification system: I denne delen av arbeidet bygget vi opp en prosess med enkel parameteridentifikasjon for ulike versjoner av double blueyes robot, som er en kombinasjon av empirisk metode, gratis løpende test og decay test. I denne oppgaven er den første Double Blueye-roboten satt som et eksempel for å teste prosessen og sammenlignet med tauetest for å verifisere valideringen. For å gjøre denne prosessen enklere ble et ArUco-posisjonssystem implementert med frontkamera og ArUco-markører. På denne måten kunne vi teste de dynamiske parametrene til Double Blueye i alle muslinger og klart vannmiljø.

2)Double Blueyes-simuleringsmiljø: I denne delen av arbeidet ble de digitale tvillingene til Double Blueye og scenen til MC-lab bygget opp på plattformen til UWsim og ROS. Noen sett med Hardware-in-the-loop-test ble simulert i dette miljøet for å sjekke stabiliteten og ytelsen til GNC-systemet

3) GNC-system av Double Blueye: Med kjente dynamiske parametere er GNC-systemet bygget opp i denne delen. Dette er sammensatt av thrustertildeling, modellbasert utvidet Kalman-filter og PID-kontroller. I dette arbeidet ble de testet under det forrige simuleringsmiljøet og Double blueye kunne oppnå plenbevegelser i muslingvann og bølgemiljø.

Med disse tre delene av arbeidet godt utført, ble det et enkelt arbeid å etablere et nytt GNC-system når enheter og sensorer ble lagt til eller fjernet fra Double Blueye. De nye dynamiske parametrene vil bli estimert med Double Blueye System Identification system, og de vil bli brukt i resten av to deler for å gjøre klar for feltarbeid.

This Master Thesis proposes a work of developing GNC system(Guidance, Navigation and control system) for Double Blueye, which is a Remotely Operation Vehicle (ROV) assembled by two Blueye Pioneers together to carry larger payload instruments. To deal with different missions in the underwater world, different devices will be removed or added on the vehicle. So Different GNC systems is needed for corresponding version of Double Blueye.

To achieve this objective, The work is divided into 3 parts of tasks: Double Blueye System Identification system, Simulation environment for Double Blueye and GNC system of Double Blueye.

1) Double Blueye System Identification system: In this part of work we built up a process of easy parameter identification for different versions of double blueyes robot, which is a combination of empirical method, free running test and decay test. In this thesis, the initial Double Blueye robot is set as an example to test the process and compared with towing test to verify the validation. To make this process easier, An ArUco position system was implemented with front camera and ArUco markers. In this way, we could test the dynamic parameters of Double Blueye in any clam and clear water environment.

2)Double Blueyes Simulation Environment : In This part of work, The digital twins of the Double Blueye and scene of MC-lab were built up on the platform of UWsim and ROS. Some sets of Hardware-in-the-loop test were simulated on this environment to check the stability and performance of GNC system

3)GNC system of Double Blueye: With known dynamic parameters, The GNC system is built up in this part. This is composed by thruster allocation, model based Extended Kalman filter and PID controller. In this work, they were tested under the previous simulation environment and Double blueye could achieve lawn motions in clam water and wave environment.

With these three parts of work well-done, It became a simple work to establish a new GNC system when devices and sensors were added or removed from Double Blueye. The new dynamic parameters will be estimated with Double Blueye System Identification system, and they will be used in the rest of two parts to get ready for field work.