Depth control of an underwater robot

Abstract

For autonomous underwater vehicles, it is absolutely essential to be able to reach and keep a given depth autonomously. This procedure is usually not trivial, because a depth change is a nonlinear event. In addition disturbances, like water currents have to be compensated. This thesis deals with the development of a depth controller for a very small underwater platform and should perform this tasks. Therefore, the model of the platform is deduced from the equations of motions and simulated in Matlab Simulink. With this model, it is possible to simulate arbitrary control structures and control parameters in short time. Because the platform is very small, simple control structures like PID or state feedback will be used. To not neglect the nonlinearity, the system will be exact linearized. The designed controller will then be implemented on the micro controller board inside the platform.

Für autonome Unterwasserfahrzeuge ist es unerlässlich selbstständig eine vorgegebene Tiefe anfahren und halten zu können. Dieser Vorgang ist im allgemeinen nicht einfach, da eine Tiefenänderung ein nichtlinearer Vorgang ist. Außerdem müssen Störgrößen, wie beispielsweiße durch Wasserströmungen, kompensiert werden. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Tiefenreglers für eine sehr kleine Unterwasserplattform, welcher genau diese Aufgaben übernimmt. Dazu wird zuerst das Modell der Plattform aus den Bewegungsgleichungen hergeleitet und in Matlab Simulink modelliert. Mit diesem Modell können beliebige Regelstrukturen und Parameter in kurzer Zeit Simuliert werden. Da die Plattform sehr klein ist, werden einfache Reglerstrukturen wie PID oder Zustandsrückführung verwendet. Um die Nichtlinearität nicht zu vernachlässigen wird das Modell exakt linearisiert. Der entwickelte Regler wird dann auf dem Microcontroller Board, im Inneren der Plattform, implementiert und getestet.