Luận án nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi nâng cao chất lượng hệ thống lái tự động tàu nổi có choán nước

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1. Các ký hiệu của SNAME. 6 Bảng 1-2 Những thông số đã được xác định của tàu CyberShip II. 23 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1.

Các biến chuyển động của phương tiện hàng hải ( nguồn [19] ). Các khung tọa độ quy chiếu ( nguồn [19]). Khung tọa độ quy chiếu quán tính gắn trái đất và khung tọa độ gắn thân. Ổn định khuynh tâm theo chiều ngang tàu ( nguồn [19]).

Các bộ đẩy của tàu đủ cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chân vịt và bánh lái của tàu hụt cơ cấu chấp hành. 20 Hình 1-7 Sơ đồ cấu trúc hệ thống DSC (nguồn [61]). Xấp xỉ hàm bất định bằng mạng RBF.

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lái tàu thủy bằng bộ điều khiển SMB. Quỹ đạo bám với các nhiễu tác động khác nhau: quỹ đạo đặt 𝜼𝑑 " − ", quỹ đạo bám 𝜼 "−. Sai số bám theo trục x trong các trường hợp hàm chặn 𝒑(𝜼,  ) = 0. Sai số bám theo trục x trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0.

Sai số bám theo trục y trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Sai số bám theo trục y trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Sai số bám theo 𝜓 trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Sai số bám theo 𝜓 trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0.

Đầu vào điều khiển trên trục x trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển trên trục x trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển trên trục y trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển trên trục y trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0.

Đầu vào điều khiển theo 𝜓 trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển theo 𝜓 trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Quỹ đạo bám với các nhiễu tác động khác nhau: quỹ đạo đặt 𝜼𝒅 " − ", quỹ đạo bám 𝜼 "−. Sai số bám theo trục x trong các trường hợp hàm chặn 𝒑(𝜼,  ) = 0.

Sai số bám theo trục x trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Sai số bám theo trục y trong các trường hợp hàm chặn 𝒑(𝜼,  ) = 0. Sai số bám theo trục y trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Sai số bám theo 𝜓 trong các trường hợp hàm chặn 𝒑(𝜼,  ) = 0.

Sai số bám theo 𝜓 trong các trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển trên trục x trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển trên trục x trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển trên trục y trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0.

Đầu vào điều khiển trên trục y trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển 𝜓 trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Đầu vào điều khiển 𝜓 trong trường hợp 𝒑(𝜼,  ) = 0. Cấu trúc mạng nơ-ron.

Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển ANSBC. Quỹ đạo bám với các nhiễu tác động khác nhau: quỹ đạo đặt 𝜼𝒅 " − ", quỹ đạo bám 𝜼 "−. Sai số bám theo trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Sai số bám theo trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-.

Sai số bám theo trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Sai số bám theo trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Sai số bám theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Sai số bám theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-.

Đầu vào điều khiển trên trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Đầu vào điều khiển trên trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Đầu vào điều khiển trên trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Đầu vào điều khiển trên trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-.

Đầu vào điều khiển 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Đầu vào điều khiển 𝜓 : không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. So sánh quỹ đạo bám của hai bộ điều khiển ANB (“--“) và ANSBC(“-.-“) với quỹ đạo tham chiếu (“−"). So sánh sai số bám của hai bộ điều khiển ANB (“--“) và ANSBC(“−“).

So sánh tín hiệu điều khiển 𝜏𝑥 của hai bộ điều khiển ANB (“--“) và ANSBC(“−“). So sánh tín hiệu điều khiển 𝜏𝑦 của hai bộ điều khiển ANB (“--“) và ANSBC (“−“). So sánh tín hiệu điều khiển 𝜏𝜓 của hai bộ điều khiển ANB (“--“) và ANSBC(“−“). Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lái tàu thủy bằng bộ điều khiển DSC.

Quỹ đạo bám với các nhiễu tác động khác nhau: quỹ đạo đặt 𝜼𝑑 "", quỹ đạo bám 𝜼 "−. Sai số bám theo trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Sai số bám theo trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Sai số bám theo trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-.

Sai số bám theo trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Sai số bám theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Sai số bám theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Đầu vào điều khiển trên trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-.

Đầu vào điều khiển trên trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Đầu vào điều khiển trên trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Đầu vào điều khiển trên trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Đầu vào điều khiển theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-.

Đầu vào điều khiển theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lái tàu thủy bằng bộ điều khiển ANDSC. Quỹ đạo bám với các nhiễu tác động khác nhau: quỹ đạo đặt 𝜼𝑑 "", quỹ đạo bám 𝜼 "−. Sai số bám theo trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-.

Sai số bám theo trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Sai số bám theo trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Sai số bám theo trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Sai số bám theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-.

Sai số bám theo 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Đầu vào điều khiển trên trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Đầu vào điều khiển trên trục x: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Đầu vào điều khiển trên trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-.

Đầu vào điều khiển trên trục y: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. Đầu vào điều khiển 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hằng “- -“, nhiễu hàm 1 “-. Đầu vào điều khiển 𝜓: không có nhiễu “−“, nhiễu hàm 2 “- -“, nhiễu trắng “-. So sánh sai số bám quỹ đạo trục x của hai bộ điều khiển ANSBC (“--“) và ANDSC(“−“).

So sánh sai số bám quỹ đạo trục y của hai bộ điều khiển ANSBC (“--“) và ANDSC(“−“). So sánh sai số bám quỹ đạo theo ψ của hai bộ điều khiển ANSBC (“--“) và ANDSC(“−“). So sánh tín hiệu điều khiển 𝜏𝑥 của hai bộ điều khiển ANSBC (“--“) và ANDSC(“−“). So sánh tín hiệu điều khiển 𝜏𝑦 của hai bộ điều khiển ANSBC (“--“) và ANDSC (“−“).

So sánh tín hiệu điều khiển 𝜏𝜓 của hai bộ điều khiển ANSBC (“--“) và ANDSC (“−“). 93 xii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Tầm quan trọng của các phương tiện hàng hải đã được thể hiện trong các lĩnh vực vận tải, khảo sát, giám sát, nghiên cứu khôi phục môi trường biển và nhiều ứng dụng trong quân sự. Ở nước ta trong nhiều năm gần đây, theo chủ trương phát triển và hiện đại hóa ngành công nghiệp đóng tàu, các cơ sở nghiên cứu cùng với các nhà máy đóng tàu trong nước đã không ngừng nâng cao năng lực thiết kế , đổi mới về mặt công nghệ để đóng mới hàng loạt tàu với nhiều chủng loại như tàu nghiên cứu biển, tàu cho ngành hải sản đánh bắt hải sản xa bờ, tàu cao tốc cho ngành hải quan và cảnh sát biển, v.

Cùng với việc đóng mới là vấn đề về trang bị kỹ thuật tự động hóa hiện đại cho phù hợp với những con tàu này như hệ thống tự động hóa buồng máy, hệ thống tự động về các máy phát điện, hệ thống nghi khí hàng hải như định vị vệ tinh, ra đa, máy đo sâu, hệ lái tự động tàu thủy (LTĐTT). Để nâng cao chất lượng các hệ thống điều khiển trên tàu thì việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển hiện đại ứng dụng cho các hệ thống tự động trên tàu đóng vai trò quan trọng. Trên thế giới, việc nghiên cứu hệ thống lái tự động đã được tiến hành trong một thời gian dài. Hiệp hội quốc tế về tự động hóa (IFAC) nhận định hệ thống điều khiển lái tàu là bài toán điều khiển điển hình khó giải quyết [59].

Lý do chính là bởi điều khiển lái tàu thủy có nhiều thách thức xuất phát từ thực tế: 1) môi trường làm việc của phương tiện hàng hải là động, phức tạp và không có cấu trúc, điều này dẫn đến nhiễu loạn không dự báo được đối với hệ thống điều khiển, ví dụ như dòng chảy đại dương, sóng và gió; 2) mô hình động lực học của tàu là mô hinh phi tuyến bất định nên việc thiết kế bộ điều khiển gặp không ít khó khăn. Những năm đầu của thế kỷ 20 cho đến nay, những nghiên cứu về hệ thống điều khiển lái tàu được quan tâm và phát triển không ngừng. Từ thập niên 20 đến thập niên 60 các công bố chủ yếu về phương pháp điều khiển động (xây dựng trên nền tảng bộ điều khiển PID). Năm 1911 Elmer Sperry đã xây dựng máy lái tự động đầu tiên bằng cách phát triển hệ điều khiển kín cho tàu [5],[20].