Optimisation de la propulsion d'un véhicule sous-marin à propulseurs azimutaux

Optimal thrusters steering for a dynamically reconfigurable underwater vehicle

• Auteur / Autrice : Maxence Blond
• Direction : Daniel Simon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et micro-électroniques
• Date : Soutenance le 21/05/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Crestani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Simon, Didier Crestani, Luc Jaulin, Antonio Pascoal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Jaulin, Antonio Pascoal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation mathématique

Actionneurs

Robots sous-marins

Mots clés libres

Optimisation

Modélisation

Simulation

Optimization

Modeling

Simulation

Résumé

L’entreprise Subsea Tech développe un ROV (véhicule sous-marin téléopéré - Remotely OperatedVehicle) léger (40 kg), nommé Tortuga 500, dont la particularité est la capacité de reconfiguration de ses actionneurs. Ses quatre propulseurs horizontaux, dits azimutaux, peuvent en effet pivoter autour de leur axe vertical en cours de mission pour permettre une optimisation de la poussée ou de la manœuvrabilité du véhicule. Le but de cette thèse est de maximiser, à chaque instant de la mission effectuée, la propulsion du ROV dans une direction souhaitée qui peut évoluer en cours de mission. Pour ce faire, une méthode d’optimisation locale et déterministe est utilisée pour calculer en ligne l’orientation optimale de chaque propulseur. Elle est initialisée par une méthode de recherche globale effectuée en amont. Les perturbations dues aux interactions entre les flux des propulseurs sont prises en compte dans la méthode d’optimisation. La poussée du véhicule est alors maximisée à chaque instant, et pour chaque direction souhaitée, tout en conservant un minimum de commandabilité latérale pour faire face aux perturbations extérieures (traînée de l’ombilical, courant). Plusieurs simulations, portant sur la poussée maximale atteignable par le véhicule, sa puissance consommée, et sa vitesse maximale lors d’un transit, permettent de comparer les performances de la méthode d’optimisation proposée avec celles de la traditionnelle configuration fixe dite "vectorielle" observée sur la majorité des autres ROVs du commerce.

The Subsea Tech company is developing a lightweight (40 kg) Remotely Operated Vehicle (ROV) called Tortuga 500, which can online reconfigure its four horizontal thrusters. These thrusters, also called "azimuth thrusters", can steer around their vertical axis during a mission in order to optimize the thrust or the manoeuvrability of the vehicle. This thesis focuses on the online thrust maximization of the ROV, along a variable desired direction. To do so, a local and deterministic optimization method is used and allows to get the optimal orientation of each thruster in real time. It is initialized by values previously computed by a sparse and offline research method. The interactions between thrusters due to cross flows are modelled and integrated into the optimization method. Thus, the vehicle thrust is maximized at every iteration step, and for every desired direction. Furthermore, a fixed minimum ratio of manoeuvrability is preserved during this process, to cope with external disturbances such as the tether’s drag and currents. Several simulations have been made and allow to compare the maximal reachable thrust, the consumed power, and the maximal achievable velocity, when it is configured with the proposed optimization method or with the "vectorized configuration" found on most other commercial ROVs.