I. Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh hiện nay, phương tiện nổi tự hành (USV) đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, đặc biệt trong các ứng dụng kinh tế và quốc phòng. Mặt nước chiếm một phần lớn diện tích, do đó, việc phát triển các hệ thống điều khiển tự động cho USV là cần thiết. Các phương tiện này thường hoạt động trong môi trường có nhiều nhiễu như sóng, gió, và dòng chảy, điều này đặt ra thách thức lớn cho việc thiết kế bộ điều khiển trượt. Các bộ điều khiển truyền thống như PID hay LQR không đáp ứng được yêu cầu trong các tình huống này. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển phi tuyến hiện đại, đặc biệt là mạng nơ ron, là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của USV trong môi trường phức tạp.
II. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án
Luận án này đặt ra ba nhiệm vụ chính nhằm phát triển bộ điều khiển trượt thích nghi cho USV. Nhiệm vụ đầu tiên là xây dựng mô hình toán học cho USV, nghiên cứu các phương pháp điều khiển phi tuyến và mạng nơ ron nhân tạo. Nhiệm vụ thứ hai là phát triển bộ điều khiển phi tuyến bám quỹ đạo cho USV thiếu cơ cấu chấp hành, có khả năng khắc phục nhiễu tác động. Cuối cùng, nhiệm vụ thứ ba là xây dựng bộ điều khiển thích nghi phi tuyến sử dụng mạng nơ ron để điều khiển bám quỹ đạo cho USV trong môi trường có nhiễu. Những nhiệm vụ này không chỉ giúp nâng cao chất lượng điều khiển mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực điều khiển tự động.
III. Nội dung nghiên cứu
Luận án tập trung vào nghiên cứu các phương pháp điều khiển thích nghi phi tuyến nhằm đảm bảo USV chuyển động bám theo quỹ đạo đã đặt. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc xây dựng mô hình động học và động lực học cho USV, phân tích tác động của nhiễu môi trường và tổng hợp các công trình đã công bố trong lĩnh vực điều khiển USV. Bên cạnh đó, luận án cũng nghiên cứu lý thuyết điều khiển phi tuyến hiện đại và khả năng áp dụng của mạng nơ ron cho hệ thống thiếu cơ cấu chấp hành. Từ đó, các bộ điều khiển phi tuyến bám quỹ đạo và bộ điều khiển phi tuyến thích nghi sẽ được phát triển để đảm bảo USV hoạt động hiệu quả trong điều kiện có nhiễu.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và mô phỏng số. Lý thuyết điều khiển phi tuyến, bao gồm điều khiển trượt tầng và mạng nơ ron, sẽ được áp dụng để tổng hợp các bộ điều khiển mới cho USV. Phân tích tính ổn định sẽ được thực hiện bằng tiêu chuẩn Lyapunov, trong khi mô phỏng số sẽ được thực hiện bằng phần mềm Matlab – Simulink. Phương pháp này không chỉ giúp kiểm tra tính khả thi của các bộ điều khiển mà còn đánh giá hiệu suất của chúng trong các tình huống thực tế.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án có những đóng góp quan trọng về mặt khoa học và thực tiễn. Việc tổng hợp bộ điều khiển thích nghi mới dựa trên các phương pháp điều khiển hiện đại sẽ đáp ứng được yêu cầu điều khiển trong môi trường có nhiễu. Các bộ điều khiển này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu, khai thác tài nguyên, cứu hộ, và các ứng dụng quốc phòng. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động của USV mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp hàng hải.
