Trajectory Tracking Control of Autonomous Underwater Vehicle Called PAST

eng Article in English DOI: 10.14313/PAR_245/17

Piotr Szymak , send Rafał Kot Akademia Marynarki Wojennej, Gdynia

Download Article

Abstract

The increasing development of Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) with varying levels of autonomy can be seen globally. The paper is devoted to the new AUV called PAST being developed and built within the Polish development project entitled „Development of the underwater autonomous transport system” (no. POIR.01.01.01-00-0893/20). Mainly, the paper focuses on high-level control of PAST AUV devoted to controlling along the desired trajectory. It demands a set of tuned controllers of advanced velocity, course, depth, and trim. The trajectory tracking algorithm should be implemented and verified for different trajectories set in practice. At the beginning of the article, an introduction to the research is inserted. Then, the following scientific issues are presented: the mathematical model of AUV motion, high-level control structure, and the trajectory tracking algorithm. Next, the results of numerical research in the MATLAB environment are presented. In the end, the conclusions for future research are formulated.

Keywords

autonomous underwater vehicle, high-level control, trajectory tracking

Sterowanie autonomicznym pojazdem podwodnym o nazwie PAST z wykorzystaniem śledzenia trajektorii

Streszczenie

Na całym świecie można zaobserwować rosnący rozwój autonomicznych pojazdów podwodnych (AUV) o różnych poziomach autonomii. Artykuł poświęcony jest opracowywaniu i budowie nowego AUV o nazwie PAST w ramach polskiego projektu rozwojowego pt. „Rozwój podwodnego autonomicznego systemu transportowego” (nr POIR.01.01.01-00-0893/20). Artykuł koncentruje się głównie na wysokopoziomowym sterowaniu pojazdem PAST przeznaczonym do podążania wzdłuż pożądanej trajektorii. Wymaga to zaawansowanego zestawu dostrojonych kontrolerów prędkości, kursu, głębokości i trymu. Algorytm śledzenia trajektorii powinien być zaimplementowany i zweryfikowany dla różnych trajektorii wyznaczanych w praktyce. Na początku artykułu zamieszczone zostało wprowadzenie do badań. Następnie przedstawiono następujące zagadnienia naukowe: model matematyczny ruchu AUV, wysokopoziomową strukturę sterowania oraz algorytm śledzenia trajektorii. Następnie przedstawiono wyniki badań numerycznych w środowisku MATLAB. Na koniec formułowane są wnioski dla przyszłych badań.

Słowa kluczowe

autonomiczny pojazd podwodny, śledzenie trajektorii, sterowanie wysokopoziomowe

Bibliography

  1. Fossen T., Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, John Wiley & Sons, 2011.
  2. Kondeti L., Review of Autonomous Underwater Vehicles, [In:] Autonomous Vehicles, Intech, 2018.
  3. Ozgur Y., Bulent O., Yilmaz A., A review on motion control of the Underwater Vehicles, Proceedings of 6th International Conference on Electrical and Electronics Engineering, ELECO 2009, DOI: 10.1109/ELECO.2009.5355247.
  4. Praczyk T., Szymak P., Naus K., Pietrukaniec L., Hożyń S., Report on research with biomimetic autonomous underwater vehicle – low level control, “Scientific Journal of Polish Naval Academy”, Vol. 212, No. 1, 2018, 105–123, DOI: 10.2478/sjpna-2018-0006.
  5. Praczyk T., Szymak P., Naus K., Pietrukaniec L., Hożyń S., Report on research with biomimetic autonomous underwater vehicle – navigation and autonomous operation, “Scientific Journal of Polish Naval Academy”, Vol. 213, No. 2, 2018, 53–67, DOI: 10.2478/sjpna-2018-0013.
  6. Sandeep J., Mahender S., A Review Paper on: Autonomous Underwater Vehicle, “International Journal of Scientific and Engineering Research”, Vol. 6, 2015, 38–40.
  7. Szymak P., Piskur P., Using Particle Swarm Optimization for Tuning Course Controller of Biomimetic Underwater Vehicle, Proceedings of 8th International Maritime Science Conference / ed. Špiro Ivoševic, Pero Vidan, Kotor: University of Montenegro; University of Split, 2019, 255–262.
  8. Szymak P., Piskur P., Piątek P., Muchowski J., Trawiński S., Modeling and simulation of innovative autonomous underwater vehicle PAST, Nase More Conference, 2021, 332–346.
  9. Szymak P., Low-Level Control of Unmanned Marine Vehicle PAST, Proceedings of the Polymer Diagnosis Conference, Male, 2022.