高速曳航式海洋調査ロボットの高精度制御・運行システムの開発

高速拖曳式海洋研究机器人高精度控制与操作系统开发

• 批准号: 08751079
• 负责人: 山口 悟
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08751079/
• 关键词: 曳航体; 海洋観測器; 運動制御; 数値シミュレーション; 流体力係数

海洋調査用曳航式観測ロボットを研究対象とした、その運動の精密な数学モデルを推定し、数学モデルに基づいて高精度な制御システムを開発することを目的として研究を実施した。その結果以下のような結果を得た。1.精度の高い曳航式観測ロボットの運動の数学モデルを得るために、簡昜計算法による流体力係数の推定、水槽における模型実験および海洋実験で得られたデータを使用するパラメータ推定を実施した。3次元翼理論と最長体理論に基づく流体力係数の簡昜計算法の結果は模型実験結果と良く一致し、設計の初期段階において使用するための十分な精度を有していることが確認された。また、実機を用いた海洋実験で得られた曳航体の運動データを用いて重回帰分析による、数学モデルのパラメータ推定を実施した結果、曳航体の上下方向運動の方程式に関する流体力は、本推定法によって精度良く求められることが、模型実験結果との比較により確かめられた。しかしながら、曳航体の縦揺運動は、海洋実験時には各種センサーによる観測精度を維持するために非常に小さく制御されているため、パラメータ推定に用いるデータとしては不向きである。従って、本推定法による縦揺運動に関する流体力係数の推定値は大きな誤差を含んでいると考えられ、今後の課題である。2.得られた曳航体運動の数学モデルに基づき積分要素を含む最適制御方式を用いた制御システムの設計を行った。新たに設計されたシステムにより、深度変更時のピッチ角が大きく減少することが数値シミュレーションを用いた比較により確認された。これにより、観測ロボットの深度を変更しながらの連続計測が可能となり、海水中の二酸化炭素量等の連続的なデータが高精度で得られることが期待できる。

The purpose of this research is to investigate the precise mathematical model of motion for marine survey and to develop high-precision control methods for marine survey. The following results were obtained. 1. The mathematical model of high precision marine motion measurement is derived from the simplified calculation method, the fluid force coefficient is estimated, and the model of marine motion is estimated. The results of simplified calculation of fluid force coefficients based on three-dimensional wing theory and the longest body theory are consistent with each other, and the accuracy of the initial stage of design is confirmed. The motion of the towing body is obtained by the method of mathematical analysis, and the fluid force associated with the equation of the vertical motion of the towing body is estimated. The accuracy of the estimation method is good. The comparison of the model results is accurate. The motion of the ship is very small, and the accuracy of the measurement is very small. The estimation of fluid force coefficient related to motion in this estimation method has a large error. 2. The design of the control system was developed to incorporate the basic integral elements of the mathematical model of the towing body motion and use the optimal control method. The new design is different from the original design. The measurement of carbon dioxide in seawater is expected to be highly accurate.

项目成果

山口悟: "DGPSによる船速計測の高精度化について" 西部造船会会報. 92. 159-166 (1996)

Satoru Yamaguchi：“使用 DGPS 提高船舶速度测量的准确性”西方造船师协会公告 92. 159-166 (1996)。

小寺山亘: "海洋環境総合観測ロボット「Flying Fish」の開発研究" 日本造船学会論文集. 179. 193-204 (1996)

小寺山渡：《海洋环境综合观测机器人“飞鱼”的开发研究》日本造船学会学报179. 193-204（1996）。

Satoru Yamaguchi: "A Study on Hydrodynamic Characteristics of a Towed Vehicle" Proceedings of 7th International Offshore and Polar Engineering Conference. (発表予定).

Satoru Yamaguchi：“拖曳车辆水动力特性研究”第七届国际近海和极地工程会议论文集（待提交）。