USV Control System Development for Autonomous AUV Recovery
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3017930Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Forsvarets forskningsinstitutt har et pågående prosjekt for minemottiltak, med mål om å gjøre hele operasjonen autonom. Denne oppgaven forsøker å løse en deloppgave av prosjektet. Oppgaven tar for seg utviklingen av et kontrollsystem for et overflatefartøy, utstyrt med et opphentingssystem, som lar den autonomt navigere til og plukke opp en autonom undervannsfarkost som ligger i vannoverflaten.
Siden tilgang til det fysiske systemet var begrenset, har bruk av en eksisterende simulator vært avgjørende. Simulatoren har blitt ytterligere forbedret ved å modellere og implementere elementer som tidsforsinkelse, målestøy og miljøforstyrrelser for å gjøre den mer lik det fysiske systemet. Ved å bruke et eksisterende kontrollsystem har effekten av disse utvidelsene blitt testet for å se hvordan de påvirker systemet, og det har blitt gjort tiltak for å motvirke deres uønskede effekter.
To forskjellige kontrollsystemer med litt forskjellige egenskaper har blitt utviklet, begge med mål om å klare å plukke opp undervannsfarkosten. Det første fokuserer på enkelhet og pålitelighet, mens det andre bruker en mer avansert regulator med mål om å være mer robust mot forstyrrelser. Begge ble testet og evaluert på det fysiske systemet.
Etter den fysiske testen ble ett av systemene valgt. Det ble så oppgradert med en revidert strategi for å løse oppgaven, en mer robust metode for generering av referanser, og bedre tilpassede regulatorer. Til slutt ble det oppgraderte kontrollsystemet testet på det fysiske systemet. De endelige resultatene viser et kontrollsystem som, under visse betingelser, ser ut til kunne klare opplukkings-oppgaven. The Norwegian Defence Research Establishment (FFI) has an ongoing project of developing autonomous marine mine countermeasures. Aiming to solve a subtask in the project, this thesis considers the development of a control system for an unmanned surface vehicle, equipped with a Launch-and-Recovery system, that lets it navigate to and autonomously recover an autonomous underwater vehicle.
Since physical access to the vehicles was limited, the use of an existing simulation environment was essential. The simulator was further improved by modeling and implementing extensions such as time delay, measurement noise, and environmental disturbances to make it more similar to the physical system. Using an existing control system, the impact of these extensions was tested to see how they affect the system, and measures were taken to counteract their unwanted effects.
Two different control systems with slightly different properties were developed, both aiming to accomplish the recovery task. The first focuses on being simple and reliable, while the other uses a more complex heading controller with the goal of achieving increased robustness. Both were tested and evaluated on the physical system.
After the physical testing, one system was chosen. It was then further upgraded with a revised strategy for the recovery, a more robust guidance law, and better-tuned controllers. Finally, the upgraded control system was tested on the physical system. The final results showed a control system that, under certain conditions, seemed able to accomplish the recovery task.