Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu động lực học và điều khiển hệ thống tự động phun thuốc cho cây thanh long" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Đồng Văn Ngọc, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Vũ Khắc Bảy và PGS.TS Dương Văn Tài, tại Trường Đại học Lâm nghiệp (năm 2024), thuộc ngành Kỹ thuật cơ khí (mã số: 9.03).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Cây thanh long (Hylocereus undatus) là cây ăn quả có giá trị kinh tế cao của Việt Nam. Năm 2023, kim ngạch xuất khẩu toàn ngành rau quả đạt 5,6 tỷ USD, trong đó mặt hàng thanh long đạt gần 450 triệu USD. Theo định hướng của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn giai đoạn 2025–2030, diện tích trồng thanh long cả nước duy trì ổn định khoảng 60.000 ha với sản lượng từ 1,3 đến 1,5 triệu tấn. Tuy nhiên, khâu phun thuốc bảo vệ thực vật và thuốc dưỡng cho nụ hoa, trái thanh long hiện chủ yếu thực hiện thủ công bằng bình đeo vai (dung tích 20–25 kg, tổng trọng lượng 30–35 kg). Phương thức này mang lại năng suất thấp, tốn nhân công, gây lãng phí thuốc, tồn dư hóa chất và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người lao động.

Các giải pháp ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) hoặc xe tự hành có điều khiển từ xa tuy nâng cao hiệu suất nhưng gây thất thoát lượng lớn thuốc đắt tiền ra môi trường, đồng thời khó di chuyển trong điều kiện nền đất mềm, rãnh hẹp và vướng hệ thống dây điện thắp sáng kích thích ra hoa. Trong khi đó, hệ thống đường cáp một dây khép kín tuần hoàn đã được phát triển để vận chuyển trái thanh long sau thu hoạch nhưng chưa được tích hợp chức năng phun thuốc tự động. Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là cần xây dựng cơ sở khoa học về động lực học cáp mềm chịu tải trọng tập trung di động, dao động của cụm thiết bị dưới tác động của gió và phản lực vòi phun, từ đó thiết kế cơ cấu chống rung và thuật toán điều khiển phun định vị chính xác trên đường cáp sẵn có.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định các mục tiêu cụ thể:

  1. Đề xuất phương pháp chống rung và tính toán các thông số điều khiển để cụm thiết bị phun thuốc làm việc ổn định trong quá trình vừa phun thuốc vừa di chuyển cùng dây cáp.
  2. Xây dựng phương pháp nhận biết các đối tượng: nụ hoa nhỏ, búp to, búp gần nở hoa, trái gần chín, trái chín và phương pháp điều khiển hệ thống tự động phun thuốc vào đúng các đối tượng này.
  3. Xác định giới hạn điều kiện làm việc ngoài trời của hệ thống tự động phun thuốc cho cây thanh long.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Vườn trồng thanh long; công nghệ phun thuốc chăm sóc thanh long theo từng thời kỳ sinh trưởng; hệ thống đường cáp một dây chuyển động tuần hoàn liên tục mang cụm thiết bị tự động phun thuốc nặng 30–50 kg di chuyển với vận tốc 0,2–0,3 m/s; mô hình động lực học dao động và cơ cấu chống rung của cụm thiết bị.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Không gian: Khảo sát thực tế tại các vườn trồng thanh long vùng Tây Nam Bộ (tập trung tại Tiền Giang và Long An), nơi có địa hình đồng bằng với độ dốc 1–3 độ, khoảng cách tim hàng 3 m, khoảng cách cây 1,5 m, chiều cao trụ 2 m, chiều dài luống 100–300 m và bề rộng rãnh 1,5–2,0 m.
    • Thời gian: Dữ liệu sản xuất, xuất khẩu và công nghệ được cập nhật đến giai đoạn 2022–2024 cùng định hướng quy hoạch đến năm 2030.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước

Tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu liên quan đến tính toán kết cấu cáp và thiết bị chăm sóc cây trồng theo các nhóm:

  • Tính toán đường cáp vận chuyển lâm - nông nghiệp: Tài liệu về Cơ khí hóa khai thác gỗ [1] đã đưa ra phương pháp tính độ võng, lực căng và công suất động cơ cho cáp mang tải trọng tập trung gắn chặt hai đầu, nhưng chưa giải quyết bài toán động lực học của đường cáp chuyển động tuần hoàn. Đề tài cấp nhà nước thuộc chương trình Tây Nam Bộ mã số KHCN-TNB/14-19/C30 [9] đã chế tạo thử nghiệm đường cáp một dây khép kín vận chuyển trái thanh long tại Hợp tác xã Thiên Phúc (Chợ Gạo, Tiền Giang), tuy nhiên mới dừng lại ở việc tính độ võng cáp chịu tải trọng phân bố đều mà chưa nghiên cứu sâu bài toán tải tập trung di động kết hợp tải phân bố.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trong tính toán cáp: Hướng tiếp cận chia cáp thành các phần tử thanh thẳng hai nút có độ cứng dọc trục của Ozdemir (1979) [48]; công thức cáp dây xích đàn hồi của O'Brien và Francis (1964) [47], Jayaraman và Knudson (1981) [37]; phần tử đàn hồi parabol của H.M. Irvine (1992) [31, 32, 33] cùng các nghiên cứu mở rộng ở giai đoạn đầu thế kỷ XXI [16–30, 38–46, 50, 51, 56, 64–69].
  • Phương pháp giải tích và giải tích gần đúng dạng parabol/dây xích: Nghiên cứu kinh điển của James Bernoulli (1691) [57] về hình dạng dây xích tự nhiên; Nicholas Fuss (1794) [57] với giả thiết tải trọng phân bố đều theo phương ngang tạo dạng parabol; Rankine (1858) [52] về độ võng bổ sung của cáp đàn hồi; Routh (1891) [55] giải bài toán dây xích đàn hồi; H.M. Irvine (1981, 1992) [31, 32] phát triển phương pháp tính tỷ số độ võng trên khoảng cách nhịp qua khai triển đa thức chiều dài cáp.
  • Thiết bị phun thuốc cho cây thanh long: Các tài liệu thực tế tại Trung Quốc, Philippines, Indonesia [59] và Việt Nam [6, 7, 8] cho thấy thiết bị chủ yếu là bình phun thủ công đeo vai, một số ít khảo nghiệm UAV [7] hoặc xe tự hành [8], chưa có công trình nào công bố giải pháp đường cáp tự động nhận diện và phun định vị cho thanh long.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung giải quyết khoảng trống khoa học và công nghệ chưa từng được công bố: xây dựng mô hình giải tích - số tổng quát tính độ võng và lực căng của hệ thống cáp khép kín chịu đồng thời tải phân bố đều và tải tập trung di động trên các gối đỡ có độ chênh cao; thiết lập và khảo sát hệ phương trình vi phân dao động của cụm thiết bị phun thuốc dưới tác động ngẫu nhiên của gió và phản lực vòi phun; phát triển cơ cấu dập tắt dao động chủ động và tích hợp thuật toán thị giác máy tính nhận diện mục tiêu phun.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết, khái niệm và khung phân tích

  • Lý thuyết dây mềm và cơ học lý thuyết: Sử dụng phương trình vi phân tĩnh học của dây mềm không giãn và có giãn đàn hồi. Áp dụng phương pháp đổi biến không thứ nguyên $u = \frac{4f_c}{d}$ để thiết lập mối quan hệ giữa chiều dài cáp $L$, khoảng cách gối $d$, độ chênh cao $h_s$ và độ võng $f_c$.
  • Động lực học hệ nhiều vật: Thiết lập phương trình vi phân dao động phi tuyến của cụm thiết bị phun thuốc di chuyển trên cáp dựa trên phương trình Lagrange loại II.
  • Lý thuyết chuỗi Fourier: Phân tích vận tốc không đều của dây cáp chuyển động theo phương $x$ do quá trình kẹp - nhả cáp và hiện tượng trượt tại puli chủ động thành chuỗi điều hòa Fourier.
  • Lý thuyết nhận dạng ảnh: Ứng dụng mô hình mạng nơ-ron tích chập YOLOv3 với cơ chế dự đoán đa tỷ lệ tại ba kích thước đặc trưng ($13\times 13$, $26\times 26$, $52\times 52$) để phân loại và định vị nụ, hoa, lá và quả thanh long.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
    • Thiết lập hệ phương trình đại số phi tuyến 4 ẩn $(u_1, u_2, h, L_1)$ xác định trạng thái cân bằng tĩnh của nhịp cáp chịu tải tập trung và giải bằng phương pháp lặp Newton-Raphson kết hợp thuật toán chia đôi liên tiếp.
    • Sử dụng phần mềm MATLAB và môi trường Simulink để giải hệ phương trình vi phân dao động, khảo sát miền cộng hưởng, hiện tượng phách và tối ưu hóa thông số độ cứng lò xo chống xoắn cũng như chiều dài treo con lắc $R_0$.
  • Phương pháp thực nghiệm:
    • Sử dụng phương pháp đo lường các đại lượng không điện bằng tín hiệu điện.
    • Bố trí thí nghiệm đo gia tốc góc dao động ngang của cụm thiết bị bằng cảm biến đo gia tốc B12/1000 kết nối với bộ khuếch đại và biến đổi tín hiệu tương tự - số (A/D) DMC Plus.
    • Sử dụng thiết bị tạo luồng gió có cường độ và tần số điều khiển được để mô phỏng tác động của gió ngoài trời.
    • Xử lý số liệu thực nghiệm theo lý thuyết xác suất và thống kê toán học: kiểm tra tính đồng nhất của phương sai bằng tiêu chuẩn Cohren ($G_{tt}$) và Fisher ($F_{tt}$), tính toán hệ số tương quan tuyến tính Pearson ($r$) giữa số liệu thực nghiệm và lý thuyết.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 1 phân tích bức tranh kinh tế - kỹ thuật của ngành sản xuất thanh long tại Việt Nam và hiện trạng cơ giới hóa khâu phun thuốc. Tác giả chỉ ra các đặc điểm canh tác đặc thù của vườn thanh long Tây Nam Bộ: trồng theo hàng với khoảng cách $3\text{ m} \times 1,5\text{ m}$, tán lá tập trung ở độ cao 1,0–1,5 m, rãnh đi lại 1,5–2,0 m nền đất yếu, có giàn trụ và mạng lưới dây điện. Công nghệ phun thuốc đòi hỏi 5 thời kỳ can thiệp chính xác: (1) nụ nhỏ, (2) búp to (phun 2 lần), (3) búp gần nở hoa, (4) trái gần chín và (5) trái chín trước thu hoạch 3 ngày.

Từ việc phân tích nhược điểm của phun thủ công, UAV và xe tự hành, tác giả đề xuất mô hình đường cáp tự động một dây khép kín tuần hoàn mang cụm thiết bị phun thuốc. Các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống được xác lập trong Bảng 1.1:

TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Giá trị / Đặc điểm
1 Kiểu đường cáp - Đường cáp một dây khép kín, chuyển động tuần hoàn liên tục
2 Chiều dài đường cáp (tối đa) m 500
3 Chiều dài nhịp cáp m 20 – 25
4 Đường kính dây cáp mm 6
5 Chế độ hoạt động - Tự động hoặc điều khiển từ xa
6 Công suất động cơ kW 1,5
7 Khối lượng cụm thiết bị phun thuốc kg 30 – 50
8 Vận tốc di chuyển của cụm thiết bị m/s 0,2 – 0,3

Chương 2: Tính toán động lực học và các thông số điều khiển hệ thống tự động phun thuốc cho cây thanh long

Chương này tập trung xây dựng cơ sở toán học cho trạng thái tĩnh và động lực học của hệ thống.

  1. Tính toán độ võng cáp: Kế thừa mô hình nhịp cáp chịu tải phân bố đều $q$ trên hai gối đỡ ngang nhau và lệch nhau một khoảng $h_s$. Bằng cách đặt tham số $u = \frac{4f_c}{d}$, phương trình độ võng tại điểm $x$ được viết dưới dạng: $$y = u \cdot x \left(1 - \frac{x}{d}\right)$$ Lực căng ngang $H$ và lực căng dây lớn nhất $T_{\max}$ tại gối đỡ được xác định qua: $$H = \frac{q d}{2 u}; \quad T_{\max} = H \sqrt{1 + u^2}$$ Đối với nhịp cáp chịu tải trọng tập trung $Q$ tại vị trí $M(x, h)$, tác giả chia nhịp thành hai đoạn $OM$ (chiều dài $L_1$) và $MO_2$ (chiều dài $L_2$), thiết lập hệ 4 phương trình phi tuyến chứa các biến $(u_1, u_2, h, L_1)$ dựa trên điều kiện cân bằng lực tại $M$: $$H(\tan \alpha_1 + \tan \alpha_2) = Q$$ Hệ phương trình được giải bằng phương pháp lặp Newton-Raphson với điểm xuất phát ban đầu được xác định từ phương trình xấp xỉ không tải.
  2. Phương trình vi phân dao động của cụm thiết bị: Sử dụng phương trình Lagrange loại II, tác giả xây dựng phương trình dao động góc lắc $\alpha(t)$ của cụm thiết bị trong hai trường hợp: chưa có và có cơ cấu chống rung. Mô hình chống rung gồm một con lắc có tạ treo điều chỉnh được khoảng cách $R_0$ và lò xo chống xoắn.
  3. Thuật toán thị giác và cơ chế phun thuốc: Cụm thiết bị tích hợp camera nhận diện đối tượng bằng YOLOv3. Camera được đặt nghiêng một góc hướng về phía trước theo chiều chuyển động để bù trừ thời gian trễ từ khi phát hiện đối tượng đến khi kích hoạt mở van điện từ của bơm pít-tông chạy bằng ắc quy.
  4. Tính toán công suất tiêu thụ: Xác lập công thức tính công suất cần thiết kéo cụm thiết bị di chuyển, công suất thắng ma sát lăn/trượt tại các puli và tổng công suất vận hành toàn bộ hệ thống cáp khép kín.

Chương 3: Khảo sát hệ phương trình dao động và tính toán các thông số trong cơ cấu chống rung của cụm thiết bị phun thuốc

Chương 3 tiến hành mô phỏng số trên MATLAB/Simulink nhằm khảo sát động lực học hệ thống:

  • Khai triển vận tốc cáp $v(t)$ theo chuỗi Fourier phản ánh đúng dao động giật cục do cơ cấu kẹp - nhả cáp của bánh chủ động.
  • Mô phỏng dao động của cụm thiết bị dưới kích động của gió ngẫu nhiên có tần số $\omega$ và biên độ lực $F_x(t) \le 10\text{ N}$ (tương ứng cấp gió $\le 2$, áp lực gió $\le 10\text{ N/m}^2$). Kết quả cho thấy khi không có cơ cấu chống rung, hệ thống xuất hiện hiện tượng cộng hưởng và hiện tượng phách khiến biên độ góc dao động $\alpha_{\max}$ vượt quá giới hạn cho phép.
  • Xác định các thông số tối ưu của cơ cấu chống rung: tần số dao động riêng, độ cứng chống xoắn của lò xo, và xây dựng bảng giá trị tối ưu của chiều dài treo tạ $R_{0HQ}$ theo cặp thông số khối lượng cụm thiết bị $m$ ($30\text{ kg} \le m \le 50\text{ kg}$) và tần số gió $\omega$ ($\omega < 2\text{ Hz}$).
  • Xác lập luật điều khiển vị trí tạ $R_0$ thông qua động cơ chấp hành để dập tắt dao động, giữ cho biên độ góc lắc nằm trong giới hạn ổn định phục vụ phun thuốc.

Chương 4: Thực nghiệm kiểm chứng mô hình tính toán lý thuyết

Chương 4 trình bày quá trình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm và hiện trường nhằm đánh giá độ tin cậy của mô hình lý thuyết:

  • Bố trí thí nghiệm: Cụm thiết bị thử nghiệm được gắn cảm biến gia tốc B12/1000 kết nối với bộ thu nhận và xử lý tín hiệu DMC Plus. Luồng gió nhân tạo được tạo ra từ quạt công nghiệp có thể điều chỉnh tần số và vận tốc gió.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Thu thập dữ liệu gia tốc dao động góc $\ddot{\alpha}(t)$, tích phân số để xác định biên độ góc dao động $\alpha(t)$ trong hai trạng thái: có và không có cơ cấu chống rung.
  • Đánh giá thống kê: Kiểm định phương sai lặp lại qua các chuẩn sai số $S_m^2$, $S_u^2$, tiêu chuẩn Cohren $G_{tt}$ và Fisher $F_{tt}$ đều nằm trong ngưỡng có ý nghĩa thống kê.
  • So sánh lý thuyết và thực nghiệm: Đồ thị gia tốc và biên độ dao động đo được từ thực nghiệm có sự trùng khớp cao với đường cong mô phỏng từ mô hình toán học. Hệ số tương quan tuyến tính giữa số liệu thực nghiệm và tính toán lý thuyết đạt $r \ge 0,8$, khẳng định tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình động lực học đã đề xuất.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về lý luận và thực tiễn

Theo công bố của luận án, các kết quả đóng góp mới bao gồm:

  1. Về mặt lý luận khoa học:
    • Xây dựng mô hình và phương pháp giải tích - số giải bài toán độ võng của nhịp cáp đơn và hệ thống cáp khép kín chịu đồng thời tải trọng phân bố đều và tải trọng tập trung trên các gối đỡ có hoặc không có độ chênh cao.
    • Thiết lập hệ phương trình vi phân dao động phi tuyến mô tả chuyển động của cụm thiết bị phun thuốc treo trên đường cáp mềm di động dưới tác động đồng thời của gia tốc chuyển động cáp, phản lực vòi phun và kích động gió ngẫu nhiên.
    • Đề xuất mô hình động lực học của cơ cấu chống rung dạng con lắc điều chỉnh chiều dài $R_0$, xác lập quan hệ hàm số giữa $R_0$ với khối lượng $m$ và tần số gió $\omega$.
  2. Về mặt thực tiễn:
    • Xác định vùng làm việc an toàn ngoài trời của hệ thống: tần số gió $\omega < 2\text{ Hz}$ và lực tác động ngang của gió lên cụm thiết bị $F_x \le 10\text{ N}$ (tương đương gió cấp $\le 2$).
    • Ứng dụng thành công thuật toán YOLOv3 để nhận diện chính xác 5 trạng thái phát triển của nụ, hoa và trái thanh long, kết hợp điều khiển đóng mở van vòi phun tự động giúp tiết kiệm thuốc bảo vệ thực vật và hóa chất dưỡng quả.
    • Hoàn thiện phương án tận dụng tuyến cáp thu hoạch sẵn có trong vườn thanh long để chuyển đổi công năng sang tự động hóa khâu phun thuốc, giảm thiểu chi phí đầu tư cho nông hộ và hợp tác xã.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đưa hệ thống vào ứng dụng thử nghiệm mở rộng tại các vùng trồng thanh long trọng điểm ở Tây Nam Bộ và Nam Trung Bộ.
  • Sử dụng quy trình tính toán độ võng và dao động của luận án làm tài liệu kỹ thuật chuẩn cho việc tính toán, thiết kế và chế tạo các hệ thống đường cáp vận chuyển nông sản khác trên đồng ruộng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi khảo sát và thực nghiệm của luận án chủ yếu thực hiện trong điều kiện địa hình đồng bằng (vùng Tây Nam Bộ) với độ dốc thấp ($1–3^\circ$).
  • Điều kiện làm việc ngoài trời của hệ thống bị giới hạn trong phạm vi gió có tần số $\omega < 2\text{ Hz}$ và lực gió ngang $\le 10\text{ N}$; khi điều kiện thời tiết vượt quá ngưỡng này, biên độ rung lắc của cụm thiết bị sẽ vượt giới hạn cho phép của hệ thống nhận diện quang học.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng bài toán động lực học và thuật toán điều khiển cho hệ thống đường cáp lắp đặt tại các vùng địa hình có độ dốc lớn và phức tạp (như vùng đồi núi, Tây Nguyên hoặc Nam Trung Bộ).
  • Nghiên cứu nâng cấp thuật toán điều khiển thích nghi cho cơ cấu chống rung để mở rộng dải tần số gió làm việc ngoài trời.
  • Hoàn thiện tích hợp khối phần cứng AI trên cụm thiết bị nhằm tăng tốc độ xử lý khung hình khi dây cáp di chuyển ở dải vận tốc cao hơn.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao cho các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên: Chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí, Cơ kỹ thuật, Kỹ thuật cơ điện tử và Cơ giới hóa nông nghiệp có thể tham khảo phương pháp đặt biến không thứ nguyên $u = \frac{4f_c}{d}$ để giải hệ phương trình phi tuyến độ võng cáp đàn hồi, cũng như phương pháp thiết lập phương trình Lagrange loại II cho hệ cơ học dao động có liên kết mềm.
  • Kỹ sư và nhà thiết kế máy nông nghiệp: Tham khảo các thông số kết cấu của hệ thống cáp khép kín (chiều dài tối đa 500 m, nhịp 20–25 m, đường kính cáp 6 mm, động cơ 1,5 kW) và cơ chế dập tắt dao động bằng con lắc chủ động.
  • Các cơ sở sản xuất và hợp tác xã nông nghiệp: Cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm chuyển đổi công năng đường cáp thu hoạch sang hệ thống phun thuốc tự động định vị, nâng cao năng suất và chất lượng trái thanh long xuất khẩu.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống đường cáp tự động phun thuốc trong luận án có các thông số kết cấu và vận hành cơ bản nào?

Hệ thống sử dụng đường cáp một dây khép kín chuyển động tuần hoàn liên tục với chiều dài tối đa 500 m, khoảng cách giữa các trụ đỡ (chiều dài nhịp) từ 20 đến 25 m, đường kính dây cáp 6 mm, động cơ dẫn động công suất 1,5 kW. Cụm thiết bị phun thuốc gắn trên cáp có khối lượng từ 30 đến 50 kg và di chuyển với vận tốc làm việc từ 0,2 đến 0,3 m/s.

2. Giới hạn điều kiện thời tiết ngoài trời để hệ thống hoạt động ổn định được luận án xác định là bao nhiêu?

Hệ thống tự động phun thuốc làm việc an toàn và ổn định khi gió ngoài trời có tần số $\omega < 2\text{ Hz}$ và lực tác động ngang của gió lên cụm thiết bị $F_x \le 10\text{ N}$ (tương ứng với cấp gió $\le 2$ và áp lực gió $\le 10\text{ N/m}^2$).

3. Tác giả đã giải quyết bài toán tính độ võng của cáp chịu tải tập trung bằng phương pháp toán học nào?

Tác giả đưa vào biến phụ $u = \frac{4f_c}{d}$, chia nhịp cáp chịu tải tập trung thành các đoạn gối lệch nhau, thiết lập hệ 4 phương trình đại số phi tuyến của các ẩn số $(u_1, u_2, h, L_1)$ dựa trên điều kiện cân bằng lực tại điểm treo tải và giải bằng phương pháp lặp Newton-Raphson kết hợp thuật toán chia đôi liên tiếp trên nền phần mềm MATLAB.

4. Thuật toán xử lý ảnh nào được ứng dụng và hệ thống có khả năng nhận diện những đối tượng nào trên cây thanh long?

Luận án ứng dụng thuật toán mạng nơ-ron tích chập YOLOv3 với 3 tỷ lệ phát hiện ($13\times 13$, $26\times 26$, $52\times 52$) để phân loại và định vị 5 đối tượng sinh trưởng: nụ hoa nhỏ, búp to, búp gần nở hoa, trái gần chín và trái chín.

5. Kết quả kiểm chứng thực nghiệm mô hình tính toán lý thuyết đạt mức độ chính xác như thế nào?

Thực nghiệm sử dụng cảm biến gia tốc B12/1000 và thiết bị khuếch đại, biến đổi số DMC Plus. Kết quả đo gia tốc dao động góc và biên độ dao động của cụm thiết bị trong các trường hợp có và không có cơ cấu chống rung đều đạt hệ số tương quan tuyến tính $r \ge 0,8$ so với kết quả mô phỏng lý thuyết, đủ điều kiện khẳng định độ tin cậy của mô hình toán học.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Đồng Văn Ngọc đã giải quyết trọn vẹn bài toán động lực học và điều khiển hệ thống tự động phun thuốc cho cây thanh long trên nền tảng đường cáp treo một dây khép kín. Công trình đã xây dựng thành công mô hình giải tích - số tính toán độ võng cáp chịu tải tập trung di động, thiết lập phương trình dao động phi tuyến và chế tạo cơ cấu chống rung con lắc chủ động khống chế biên độ lắc dưới tác động của gió trời. Việc tích hợp thị giác máy tính YOLOv3 cho phép nhận diện chính xác các giai đoạn phát triển của hoa và trái để phun định vị, giúp giảm lãng phí thuốc và bảo vệ sức khỏe người lao động. Toàn bộ các kết quả tính toán lý thuyết đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm với hệ số tương quan $r \ge 0,8$, cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc cho việc ứng dụng và phát triển thiết bị cơ giới hóa nông nghiệp.