Σχεδιασμός και υλοποίηση ελέγχου βάθους ρομποτικού ψαριού με χρήση αντλίας

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, παρατηρείται αυξανόμενο ενδιαφέρον στα βιομιμητικά υποβρύχια σκάφη. Σπουδαίο ρόλο ώστε να υπάρξει όσο το δυνατόν καλύτερη εκμετάλλευση αυτών των οχημάτων είναι ο έλεγχος βάθους τους. Αν και ο έλεγχος βάθους σε μεγάλα υποβρύχια οχήματα έχει μελετηθεί και πραγματοποιηθεί εδώ και πολλά χρόνια, το ίδιο θέμα για μικρότερης κλίμακας και χαμηλότερου κόστους οχήματα δεν έχει λάβει την αρμόζουσα προσοχή. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται διεξοδικά ο έλεγχος βάθους ενός ρομποτικού ψαριού, χρησιμοποιώντας μια μικρή αντλία που λειτουργεί με τη βοήθεια ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Αναπτύσσεται η δυναμική του συστήματος και οι περιορισμοί που προκύπτουν λόγω της χρήσης επενεργητών και αισθητήρων μικρού μεγέθους και χαμηλού κόστους. Σχεδιάζεται ένας ελεγκτής ανάδρασης όλων των μεταβλητών κατάστασης, ο οποίος υλοποιείται και επιβεβαιώνεται από προσομοιώσεις και από πειράματα. Προσβλέπεται ότι ο ελεγκτής αυτός θα συνδράμει σημαντικά στον έλεγχο βάθους μικρών υποβρύχιων οχημάτων χαμηλού κόστους και καλής ενεργειακής απόδοσης.

Recently, there has been growing interest in biomimetic underwater vehicles. To exploit the full workspace of this kind of vehicles, depth control is needed which plays a critical role. Although depth control for large vehicles, such as submarines, has been addressed, this issue for low-cost, small-scale underwater vehicles has not received attention. In this thesis, the depth control of a small robotic fish is studied, with the use of a small dc pump. The depth control system dynamics are developed and limitations rising from the low-cost, small-scale actuators and sensors are described. A controller with limited feedback is designed, implemented and validated both by simulations and experiments. It is expected that this controller will add an important dimension in depth control of low-cost, energy-efficient small underwater vehicles.