I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài
Luận án tập trung vào nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho phương tiện chuyển động ngầm (AUV), một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Với 70% bề mặt Trái Đất là nước, việc khám phá và nghiên cứu đại dương đòi hỏi các công cụ hiệu quả như AUV. Việt Nam, với vùng biển rộng lớn, cần phát triển công nghệ này để phục vụ các ngành công nghiệp biển, quốc phòng, và an ninh. Luận án nhấn mạnh sự cần thiết của việc cải thiện khả năng điều khiển AUV để đáp ứng các yêu cầu thực tiễn và chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển.
1.1. Bối cảnh và mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu nhằm giải quyết các thách thức trong việc điều khiển AUV, đặc biệt là trong môi trường phức tạp và nhiều yếu tố nhiễu. Mục tiêu chính là phát triển các phương pháp điều khiển tiên tiến như Backstepping thích nghi mờ và điều khiển trượt tầng thích nghi nơ-ron để nâng cao độ chính xác và ổn định của AUV khi bám quỹ đạo.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án không chỉ đóng góp vào lý thuyết điều khiển mà còn có ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như khảo sát biển, tìm kiếm cứu hộ, và quốc phòng. Việc cải thiện chất lượng điều khiển AUV sẽ giúp giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả hoạt động trong các nhiệm vụ phức tạp.
II. Tổng quan về phương tiện chuyển động ngầm AUV
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về phương tiện chuyển động ngầm (AUV), bao gồm phân loại, ứng dụng, và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của AUV. Các hệ tọa độ, mô hình động học, và các lực tác động lên AUV được phân tích chi tiết. Ngoài ra, chương cũng đề cập đến tình hình nghiên cứu AUV trên thế giới và trong nước, từ đó làm nổi bật sự cần thiết của việc phát triển các phương pháp điều khiển mới.
2.1. Phân loại và ứng dụng của AUV
AUV được phân loại thành các loại như phương tiện ngầm tự hành, phương tiện ngầm điều khiển từ xa, và phương tiện ngầm không dây. Các ứng dụng tiêu biểu bao gồm khảo sát địa chất, nghiên cứu hải dương học, và quân sự.
2.2. Mô hình động học và các lực tác động
Mô hình động học của AUV được mô tả thông qua các hệ tọa độ và phương trình chuyển động. Các lực tác động lên AUV bao gồm lực khối nước kèm, lực cản, lực nâng, và lực từ bánh lái. Các yếu tố môi trường như dòng chảy và nhiễu cũng được xem xét.
III. Phương pháp điều khiển Backstepping thích nghi mờ
Chương này tập trung vào việc áp dụng Backstepping thích nghi mờ để điều khiển AUV. Phương pháp này kết hợp kỹ thuật Backstepping với hệ suy diễn mờ để tăng cường khả năng thích nghi và ổn định của hệ thống. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của phương pháp này trong việc nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho AUV.
3.1. Cơ sở lý thuyết Backstepping
Kỹ thuật Backstepping được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống phi tuyến. Phương pháp này dựa trên việc phân tách hệ thống thành các hệ con và thiết kế bộ điều khiển cho từng hệ con.
3.2. Hệ suy diễn mờ và tích hợp
Hệ suy diễn mờ được tích hợp vào bộ điều khiển Backstepping để xử lý các yếu tố bất định và nhiễu trong môi trường hoạt động của AUV. Các kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể trong độ chính xác và ổn định của hệ thống.
IV. Điều khiển trượt tầng thích nghi nơ ron
Chương này giới thiệu phương pháp điều khiển trượt tầng thích nghi nơ-ron (ANHSMC) để nâng cao chất lượng điều khiển cho AUV. Phương pháp này kết hợp kỹ thuật trượt tầng với mạng nơ-ron nhân tạo để tăng cường khả năng thích nghi và ổn định của hệ thống. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả vượt trội của ANHSMC so với các phương pháp truyền thống.
4.1. Cơ sở lý thuyết trượt tầng
Kỹ thuật trượt tầng được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống phi tuyến. Phương pháp này dựa trên việc tạo ra một mặt trượt và đưa hệ thống về mặt trượt đó.
4.2. Mạng nơ ron và tích hợp
Mạng nơ-ron được tích hợp vào bộ điều khiển trượt tầng để xử lý các yếu tố bất định và nhiễu. Các kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể trong độ chính xác và ổn định của hệ thống.
V. Kết luận và kiến nghị
Luận án đã đề xuất và thử nghiệm thành công các phương pháp điều khiển tiên tiến như Backstepping thích nghi mờ và điều khiển trượt tầng thích nghi nơ-ron để nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho AUV. Các kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ AUV tại Việt Nam, đặc biệt trong các lĩnh vực quốc phòng và kinh tế biển. Các kiến nghị hướng tới việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp này trong thực tế.
