Design of a variable buoyancy control system for unknown payload
รายละเอียดรายการ
| คอลเลกชัน | คอลเลกชัน: CMU e-Theses |
|---|---|
| รหัสรายการ CMU Digital | รหัสรายการ CMU Digital: dc:198621 |
| ปีที่เผยแพร่ | ปีที่เผยแพร่: 2026 |
| Title | Title: Design of a variable buoyancy control system for unknown payload |
| Title Alternative | Title Alternative: การออกแบบระบบควบคุมการลอยตัวแบบปรับค่าได้สําหรับน้ำหนักบรรทุกไม่ทราบค่า |
| Creator | Creator: Kornnapa Pha-in |
| Subject | Subject: Submersibles Hydrodynamics |
| Abstract | Abstract: This research aims to design an underwater vehicle capable of carrying an unknown payload and to develop a buoyancy control system for maintaining its stability and depth. The design goal is for the vehicle to support an unknown payload of up to 5 kg when placed at the center of the vehicle, and up to 2.5 kg when placed at one corner of the vehicle. Since variations in the mass and position of the payload affect the vehicle's balance and stability, causing the vehicle to tilt and its depth to deviate from the desired setpoint, to address this problem, an variable buoyancy control system using six ballast tanks was designed to pump water in and out, maintaining the vehicle's balance and controlling its depth. Of these, four tanks are used for trim control and two tanks are used for depth control.For the controller design, a dynamic model of the vehicle motion in heave, roll, and pitch was developed, with the parameters of the equations obtained through computational software and refined using data from physical experiments. The response of the system was then compared with the simulation results, and the results showed that the parameter-refined model could predict the system behavior in good agreement with the experimental results.The control system design consists of two main parts: trim control, covering roll and pitch angle control using an LQR controller, and depth control using an LQI controller, allowing the vehicle to maintain balance and the desired depth under varying payload conditions. All experiments were conducted at the Rujirawong Swimming Pool, Chiang Mai University, with each test repeated three times. The experimental results showed that the LQR controller stabilized the roll and pitch angles with average settling times of 2.16 s and 1.12 s, respectively, with small overshoot and steady-state error. The LQI controller controlled the vehicle to reach the target depth with an average settling time of 29.58 s and a steady-state error of only 0.035 m, demonstrating that the proposed control system can effectively maintain stability and control the depth of the vehicle even under varying payload conditions. |
| Abstract Alternative | Abstract Alternative: งานวิจัยนี้มุ่งออกแบบยานพาหนะใต้น้ำที่สามารถรองรับน้ำหนักบรรทุกที่ไม่ทราบค่าล่วงหน้า พร้อมทั้งพัฒนาระบบควบคุมการลอยตัวเพื่อรักษาเสถียรภาพและระดับความลึกของยาน โดยมีเป้าหมาย คือ ยานสามารถรองรับน้ำหนักไม่ทราบค่าได้สูงสุด 5 กิโลกรัม เมื่อวางที่ตำแหน่งกึ่งกลางยาน และรองรับน้ำหนักบรรทุกสูงสุด 2.5 กิโลกรัม เมื่อวางที่มุมใดมุมหนึ่งของยาน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของมวลและตำแหน่งของน้ำหนักบรรทุกส่งผลต่อการทรงตัวและเสถียรภาพของยาน ทำให้เกิดการเอียงตัวและระดับความลึกไม่เป็นไปตามค่าที่กำหนดไว้ เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว จึงได้ออกแบบระบบควบคุมการลอยตัวแบบปรับค่าได้โดยใช้ถังบัลลาสต์จำนวน 6 ถัง สำหรับสูบน้ำเข้าและออกเพื่อรักษาสมดุลและควบคุมระดับความลึกของยาน แบ่งเป็นถังบัลลาสต์จำนวน 4 ถังสำหรับรักษาเสถียรภาพในแนวระดับ และอีก 2 ถังสำหรับควบคุมระดับความลึกของยานการออกแบบระบบควบคุม ได้มีการพัฒนาแบบจำลองพลศาสตร์ของยานในแนวการเคลื่อนที่แบบฮีฟ โรล และพิทช์ โดยค่าพารามิเตอร์ของสมการได้มาจากการคำนวณด้วยซอฟต์แวร์สำเร็จรูป และได้ทำการปรับปรุงความถูกต้องโดยอาศัยข้อมูลจากการทดลองจริง จากนั้นจึงเปรียบเทียบผลการตอบสนองของระบบกับผลการจำลองทางคอมพิวเตอร์ ผลการทดสอบพบว่าแบบจำลองที่ได้รับการปรับปรุงพารามิเตอร์สามารถทำนายพฤติกรรมของระบบได้สอดคล้องกับผลการทดลองในระดับที่น่าพอใจสำหรับการออกแบบระบบควบคุม ประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก ได้แก่ การควบคุมเสถียรภาพในแนวระดับ ซึ่งครอบคลุมการควบคุมมุมโรลและมุมพิทช์ โดยใช้ตัวควบคุมแบบแอลคิวอาร์ และการควบคุมระดับความลึกของยานโดยใช้ตัวควบคุมแบบแอลคิวไอ เพื่อให้ยานสามารถรักษาสมดุลและระดับความลึกที่ต้องการได้ภายใต้สภาวะที่น้ำหนักบรรทุกมีการเปลี่ยนแปลง การทดสอบทั้งหมดดำเนินการที่สระว่ายน้ำรุจิรวงศ์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ โดยทำซ้ำ 3 ครั้งในแต่ละการทดสอบ ผลการทดลองพบว่าตัวควบคุมแอลคิวอาร์สามารถรักษาเสถียรภาพมุมโรลและพิทช์ได้ โดยมีเซตทลิงไทม์เฉลี่ย 2.16 วินาที และ 1.12 วินาที ตามลำดับ พร้อมด้วยค่าโอเวอร์ชูตและสเตดีสเตตเอเรอร์ที่น้อย ส่วนตัวควบคุมแอลคิวไอสามารถควบคุมให้ยานเคลื่อนที่ไปยังความลึกเป้าหมายได้ด้วยเซตทลิงไทม์เฉลี่ย 29.58 วินาที และมีสเตดีสเตตเอเรอร์เพียง 0.035 เมตร ซึ่งแสดงให้เห็นว่าระบบควบคุมที่นำเสนอสามารถรักษาเสถียรภาพและควบคุมระดับความลึกของยานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ในสภาวะที่น้ำหนักบรรทุกมีการเปลี่ยนแปลง |
| Publisher | Publisher: Chiang Mai University |
| Contributor | Contributor: Kanya Rattanamongkhonkun Chakkapong Chamroon |
| Bibliography | Bibliography: Bibliography: leaves 77-79 |
| Description Note | Description Note: Thesis (Master of Engineering (Mechanical Engineering)) |
| Year | Year: 2026 |
| Degree Name | Degree Name: Master of Engineering |
| Degree Level | Degree Level: Master's Degree |
| Degree Discipline | Degree Discipline: Mechanical Engineering |
| Rights Holder | Rights Holder: Chiang Mai University |
| Public Access Level | Public Access Level: Public = สามารถใช้งานได้ทั้งผู้ใช้มหาวิทยาลัย/ผู้ใช้ภายนอก |
| Rights Access | Rights Access: เมื่อท่านทำการดาวน์โหลดไฟล์เอกสารฉบับเต็ม จะสามารถเปิดใช้งานไฟล์ดิจิทัลได้ 160 วัน หากพ้นกำหนดระยะเวลาดังกล่าว จะไม่สามารถเรียกดูไฟล์นั้นได้อีก ทั้งนี้เพื่อประโยชน์ด้านการวิจัยและการศึกษาค้นคว้าเท่านั้น การใช้ในวัตถุประสงค์อื่นนอกเหนือจากที่ระบุไว้ ผู้ใช้งานต้องดำเนินการขออนุญาตจากผู้ถือลิขสิทธิ์ตามกฎหมายด้วยตนเอง หากมีการละเมิดสิทธิ์การใช้งาน สำนักหอสมุดไม่รับผิดชอบในข้อพิพาทที่อาจเกิดขึ้น |
เอกสารอ้างอิง
EndNoteเอกสารดิจิทัล
เข้าสู่ระบบและตรวจสอบสิทธิ์สมาชิกเพื่อดูเอกสาร
นโยบายบริการเอกสารฉบับเต็ม
