طراحی و پیاده‌سازی واحد یکپارچه شبیه‌ساز حسگر مجازی برای آزمایشگاه سخت‌افزار در حلقه یک رونده هوشمند دریایی

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

دستیار پژوهشی، پژوهشکده علوم و فناوری شمال، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

ارزیابی عملکرد سامانه یک­پارچه و زیرسامانه­های یک رونده زیرآبی خودگردان مانند حسگرها و عملگرها به آزمایشگاه سخت­افزار در حلقه مجهز و پرهزینه نیاز دارد. مدل­سازی می­تواند یک ابزار مقرون به صرفه برای تایید و تصدیق عملکرد سخت­افزار و نرم­افزار، اجرای ماموریت و در نتیجه کاهش خطاهای بالقوه در ماموریت­های دریایی باشد که از طریق یک شبیه­سازی نسبتا دقیق دینامیکی و مدل­سازی تجهیزات و شرایط محیطی در آزمایشگاه سخت­افزار در حلقه قابل دستیابی است. هدف این مقاله ساخت واحد شبیه­ساز مجازی بلادرنگ از حسگرهای مورد استفاده در یک رونده زیرآبی برای تجهیز آزمایشگاه سخت­افزار در حلقه است. شبیه­ساز یک­پارچه پیشنهادی، خروجی حسگرهای مورد استفاده در رونده زیرآبی مانند فشار، GPS، ژیروسکوب، مغناطیس و سرعت را مطابق با ویژگی­های فنی و پروتکل­های ارتباطی هر حسگر، شبیه­سازی کرده و برای رایانه در بستر ارسال می­کند. واحد یک­پارچه حسگر مجازی پیشنهادی با ویژگی سهولت کاربری، قابلیت اضافه شدن آسان به آزمایشگاه سخت­افزار در حلقه را داشته و منجر به کاهش چشم­گیر هزینه می­شود. ارزیابی عملکرد شبیه­ساز حسگر مجازی در آزمایشگاه سخت­افزار در حلقه بصورت بلادرنگ انجام پذیرفته و نتایج بیانگر عملکرد مناسب شبیه­سازی و قابل قیاس بودن آن با آزمایش های­ واقعی در دریا است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Implementation of Integrated Virtual Sensor Simulator Unit for Hardware in the Loop Laboratory of Autonomous Underwater Vehicle

نویسندگان [English]

  • Gholamreza Nadalinia Chare
  • Seyed Vahid Zia
  • Tohid Kardgar
Research Assistant, Northern Research Center for Science & Technology, Malek Ashtar University Of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Evaluating performance of the integrated system and its subsystems of the Autonomous Underwater Vehicle (AUV), such as sensors and actuators, requires the maybe expensive hardware in the loop laboratory (HIL). Modeling can be a cost-effective tool for validating hardware and software performance, performing missions, and thus reducing potential errors in marine missions which can be achieved through a relatively accurate dynamic simulation and modeling of equipment and environmental conditions inside the HIL. The purpose of this paper is to manufacturing a real-time virtual simulator unit of sensors used in AUV for to equip HIL. The suggested integrated simulator, simulates the output of the sensors used in the AUV such as pressure, GPS, inertial, magnetic and speed according to the technical characteristics and communication protocols of each sensor and sends to on-board computer. The proposed integrated virtual sensor unit with user-friendly features can be easily added to the HIL, leading to a significant reduction in costs. Evaluation result of the virtual sensor simulator unit in the HIL was performed in real-time that the results indicate the appropriate performance of simulation and its comparability with real tests at sea.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Virtual sensor simulator
  • Hardware in the loop laboratory
  • Real time
  • Autonomous underwater vehicle

مراجع

[1] J.L.D. Dantas, and E.A. Barros. "A real-time simulator for AUV development." In ABCM Symposium Series in Mechatronics, vol. 4, pp. 538-549. 2010.
[2] F. Song, P.E. An, and A. Folleco. "Modeling and simulation of autonomous underwater vehicles: design and implementation." IEEE journal of Oceanic Engineering 28, no. 2 (2003): 283-296.
[3] D. Gračanin, K.P. Valavanis, and M. Matijašević. "Virtual environment testbed for autonomous underwater vehicles." Control Engineering Practice 6, no. 5 (1998): 653-660.
[4] D. Bao, R. Yang, Y. Ma, B. Clement, A. Mansour, D. Hou, and M. Li. "Hardware-in-the-loop simulation applied to auv control." In 2018 Chinese Automation Congress (CAC), pp. 1009-1013. IEEE, 2018.
[5] O. Parodi, L. Lapierre, and B. Jouvencel. "Hardware-in-the-loop simulators for multi-vehicles scenarios: survey on existing solutions and proposal of a new architecture." In 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 225-230. IEEE, 2009.
[6] R.P. Kornfeld, R. Prakash, A.S. Devereaux, M.E. Greco, C.C. Harmon, and D.M. Kipp. "Verification and validation of the Mars Science Laboratory/Curiosity rover entry, descent, and landing system." Journal of Spacecraft and Rockets 51, no. 4 (2014): 1251-1269.
[7] S.V. Zia, J. Babei, G. Nadalinia Chare, M. Alizadeh. "design and implementation of depth environmental simulator for hardware in the loop laboratory of autonomous underwater vehicle." Journal of Modeling in Engineering 19, no. 65 (2021): 41-52. (in Persian)
[8] S. Louis, D. Andreu, K.G. Dejean, and L. Lapierre. "HIL Simulator for AUV with ContrACT." Control Architectures of Robots (2015).
[9] D.P. Brutzman, Y. Kanayama, and M.J. Zyda. "Integrated simulation for rapid development of autonomous underwater vehicles." In Proceedings of the 1992 Symposium on Autonomous Underwater Vehicle Technology, pp. 3-10. IEEE, 1992.
[10] H.C. Brown, A. Kim, and R.M. Eustice. "An overview of autonomous underwater vehicle research and testbed at PeRL." Marine Technology Society Journal 43, no. 2 (2009): 33-47.
[11] J.Y. Park, B.H. Jun, P.M. Lee, and J. Oh. "Development of test-bed AUV ISiMI and underwater experiments on free running and vision guided docking." Underwater Vehicles (2009): 371.
[12] A. Vasilijevic, B. Borovic, and Z. Vukic. "Underwater vehicle localization with complementary filter: Performance analysis in the shallow water environment." Journal of Intelligent & Robotic Systems 68 (2012): 373-386.
 
مدل سازی در مهندسی
دوره 22، شماره 78
در حال تکمیل شدن
آبان 1403
صفحه 233-248

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 اردیبهشت 1402
  • تاریخ بازنگری: 07 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش: 20 اسفند 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار