Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorTesngesdal, Morten
dc.contributor.authorLjosdal, Otto Nessa
dc.contributor.authorBirkeland, Kristian
dc.contributor.authorChoat, Tomas Royal
dc.date.accessioned2022-07-01T15:51:49Z
dc.date.available2022-07-01T15:51:49Z
dc.date.issued2022
dc.identifierno.uis:inspera:93568960:50642115
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/3002120
dc.description.abstractSiden 2013 har studentorganisasjonen UiS Subsea ved Universitetet i Stavanger utviklet fjern- styrte undervannsfarkoster for å delta i den internasjonale konkurransen MATE ROV Compe- tition. I år har prosjektet til sammen engasjert 21 studenter fra ingeniørfagretningene elektro, data og maskin ved Det teknisk-naturvitenskapelige fakultet, samt fra økonomi og administra- sjon ved Handelshøgskolen UiS. Samtlige studenter skriver bacheloroppgave basert på prosjektet, hvor hver gruppe er tildelt sitt ansvarsområde for utvikling av farkosten. For manøvrering av farkosten i vann, og kontroll av en påmontert manipulatorarm, kreves et velutviklet motorsystem. Dette systemet er ansvarsområdet gruppen vår er tildelt. Utviklings- prosessen innebærer utvalg av motorer og motorkontrollere, og å sette opp et styrings- og regu- leringssystem for disse. Dette er derfor hovedinnholdet i denne bacheloroppgaven. Motorutvalget er basert på teoretisk gjennomgang av virkemåte for ulike typer elektriske moto- rer. For manøvrering av undervannsfarkosten brukes ferdigutviklede thrustere fra Blue Robotics, som er designet for undervannsbruk. For å sikre tilstrekkelige bevegelsesmuligheter er det brukt åtte av disse. For styring av manipulatorarmen brukes børsteløse DC-motorer, som ble støpt i epoksy for vanntetting. Motorkontrollere fra Blue Robotics er tatt i bruk for alle motorer. Disse ble grundig analysert og kartlagt for å forstå virkemåten bak komponentene som driver motorene. Både motorer og motorkontrollere er testet, og fungerte godt etter sin hensikt. For å realisere kommunikasjon med resten av elektronikken i undervannsfarkosten, er det de- signet et kretskort. Kortet består av kretser for CAN-kommunikasjon, LED-lys til testing og pådragssignal til motorer, samt tilkoblingspunkter for et plattformkort med mikrokontroller. Kretsene på kortet ble tegnet i Altium, og etter montering ble det verifisert at signalbaner var koblet som ønsket. Det er også utført konfigurering og programmering av mikrokontrolleren for å sørge for tilfredsstillende kommunikasjon og signalgenerering. Kortet er i sin helhet blitt testet sammen med resten av elektronikken, og oppfyller de kravene som på forhånd ble stilt. For styringssystemet ble det gjort pådragsberegninger basert på styredata levert fra toppsiden, og opprettet tilhørende programkode for dette på mikrokontrolleren. Det er også gjennomført grun- dige kraftanalyser på undervannsfarkostens bevegelse i vann, og satt opp matematiske modeller i MATLAB Simulink basert på disse. Modellene la grunnlaget for videre utvikling av regule- ringssystemet, som består av tre PID-regulatorer. Disse regulerer dybdeposisjon og stabilitet. Både styrings- og reguleringssystemet ble testet både på land og i vann, og gav tilfredsstillende oppførsel av ROV-en. Under utvikling av et stort system som dette vil man alltid finne områder med forbedringspoten- siale, og dette er gjort rede for i rapporten, men vi vil likevel si oss godt fornøyde med arbeidet som er lagt ned, og resultatet som er oppnådd.
dc.description.abstractThe student organization UiS Subsea has developed remotely operated underwater vehicles since it was founded in 2013. The ROVs are usually developed to compete in an international event, MATE ROV Competition. This year, 21 students from electrical and mechanical engineering and data science from the Faculty of Science and Technology and students from economy and administration from the Faculty of Business are participating and writing their graduation thesis as part of the project. Nine groups of up to three students form groups, where each is handed responsibility for some part of the whole project. For the vehicle to maneuver in water and control a manipulator, it needs a well-developed motor control system. This responsibility forms the basis of our group’s task in the project. The development process includes choice of motors, motor controllers and to produce a compatible navigations and stability control system. The development of this system forms the main content of this graduation thesis. The choice of motors is a decision based on a theoretical evaluation of the differences of a range of motors. When it comes to maneuvering, the choice landed on eight commercial produced thrusters from Blue Robotics, T200, which has been developed for underwater use. Three BLDC-motors from Eagle Power were chosen to control the manipulator, which had to be cast in thermal epoxy for waterproofing. Both thrusters and manipulator motors are controlled by Basic ESC motor controllers, also by Blue Robotics. These Electronic Speed Controllers were mapped and analyzed in detail to give some insight to the function of its circuits and components. Both motors and controllers have been tested and they turned out to work really well for the purposes they were meant for. A PCB with a microcontroller were designed and produced to interface with the systems within the ROV. The circuit board includes circuits for CAN-communication, LEDs for testing and to visualize thruster throttle, and a socket to install the microcontroller development board. The PCB were designed using Altium PCB Design Software, where signal paths were tested for short circuiting and connectivity afterwards. The microcontroller were configured and initialized and tested together with the rest of the circuit board, which all worked to predefined specifications. The navigational control system was tested by calculating instructions sent by the top side user interface, to confirm the instructions were processed correctly by the software programmed to the microcontroller. Thorough tests were conducted on the thrust given by the thruster configuration underwater, and the results were used to create mathematical models to simulate the ROV’s behavior in water using MATLAB Simulink. The models created a foundation to develop PID feedback control systems for active stabilization in several degrees of freedom. Both control systems for navigation and stability delivered satisfactory results in controlling the ROV. In developing advanced technical systems there is always an ocean of possibilities for improvements, which is reflected upon in the thesis, but the end results are quite satisfactory considering the time frame in which the project was developed.
dc.languagenob
dc.publisheruis
dc.titleStyring og regulering av motorsystem for fjernstyrt undervannsfarkost
dc.typeBachelor thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel