Ανάπτυξη υβριδικής αρχιτεκτονικής πλοήγησης αυτόνομων υποβρύχιων οχημάτων με ασαφή λογική και γενετικούς αλγόριθμους

Abstract

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία για τον έλεγχο και την πλοήγηση αυτόνομων υποβρυχίων οχημάτων. Η προτεινόμενη μεθοδολογία ελέγχου είναι γενική και μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους τύπους αυτόνομων υποβρυχίων οχημάτων, δεδομένου ότι δεν απαιτείται η ύπαρξη μαθηματικού μοντέλου κίνησης. Ο έλεγχος κίνησης του οχήματος γίνεται από ένα ελεγκτή που αποτελείται από πέντε διαφορετικά τμήματα που ενσωματώνουν ασαφείς ελεγκτές. Επιπλέον στην σχεδίαση του ελεγκτή λαμβάνεται υπόψη η ύπαρξη θαλάσσιου ρεύματος. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική ελέγχου είναι ολοκληρωμένη γιατί αντιμετωπίζει τα προβλήματα του σχεδιασμού πορείας και της πλοήγησης πάνω στην προσχεδιασμένη πορεία με ταυτόχρονη αποφυγή εμποδίων και αποτελείται από τρία επίπεδα: το επίπεδο σχεδιασμού πορείας, το επίπεδο βελτιστοποίησης των ελεγκτών κίνησης και το επίπεδο ελέγχου κίνησης και αποφυγής εμποδίων. Ειδικά για τις αποστολές κοντά στον πυθμένα, η βέλτιστη πορεία αναπαρίσταται με μια καμπύλη B-Spline η οποία βελτιστοποιείται με γενετικό αλγόριθμο στο πρώτο επίπεδο της αρχιτεκτονικής ελέγχου. Ο προσδιορισμός της βέλτιστης πορείας γίνεται με χρήση βαθυμετρικών δεδομένων του πυθμένα στην περιοχή πλοήγησης. Στο δεύτερο επίπεδο εξασφαλίζεται η πλοήγηση πάνω στην επιθυμητή πορεία με μικρό σφάλμα θέσης. Αυτό γίνεται με την γενετική βελτιστοποίηση των ελεγκτών κίνησης με κριτήριο την ελάχιστη απόκλιση από την πορεία που έχει υπολογισθεί. Το τρίτο επίπεδο της αρχιτεκτονικής ελέγχου είναι υπεύθυνο για την πλοήγηση του οχήματος και ενσωματώνει ικανότητα εντοπισμού και αποφυγής στατικών και δυναμικών εμποδίων, σε περίπτωση που εντοπιστούν τέτοια κατά την κίνηση του οχήματος πάνω στην προσχεδιασμένη πορεία. Η προτεινόμενη μεθοδολογία ελέγχου ελέγχθηκε αφενός με προσομοιώσεις πραγματικού υποβρυχίου οχήματος και αφετέρου με πειράματα πραγματικού χρόνου. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και των πειραμάτων φάνηκε ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία εξασφαλίζει ακρίβεια ελέγχου θέσης ακόμα και σε περιβάλλον με θαλάσσιο ρεύμα απρόβλεπτης κατεύθυνσης, χωρίς την ύπαρξη μαθηματικού μοντέλου κίνησης του οχήματος.