Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu hệ thống điều khiển phi tuyến bền vững cho cần trục container đặt trên phao nổi

• Tác giả: Phạm Văn Triệu
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu hệ thống điều khiển phi tuyến bền vững cho cần trục container đặt trên phao nổi
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Phòng

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. Thực trạng các cảng biển trên thế giới và Việt Nam
• 1.2. Các phương án trung chuyển container
• 1.3. Trang thiết bị chính tại cảng container
• 1.4. Các bước chính chế tạo cần trục container đặt trên tàu
• 1.5. Tình hình nghiên cứu
• 1.6. Hướng nghiên cứu
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG II: ĐỘNG LỰC HỌC CẦN TRỤC CONTAINER ĐẶT TRÊN PHAO NỔI
• 2.1. Xây dựng mô hình dao động
• 2.2. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động. Mô hình không gian trạng thái
• 2.3. Phương pháp số giải hệ phương trình vi phân phi tuyến
• 2.4. Các phương pháp tính toán số trong giải hệ phương trình vi phân phi tuyến
• 2.5. Phương pháp Newmark trong giải hệ phương trình vi phân phi tuyến
• 2.6. Phân tích kết quả tính toán. Các thông số đầu vào
• 2.7. Kết quả tính toán
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Đặc điểm đối tượng điều khiển
• 3.2. Tách hệ động lực
• 3.3. Điều khiển trượt bậc hai
• 3.4. Thuật toán điều khiển
• 3.5. Phân tích ổn định
• 3.6. Điều khiển trượt tích hợp bộ quan sát
• 3.7. Thuật toán điều khiển
• 3.8. Phân tích ổn định
• 3.9. Điều khiển trượt tích hợp mạng nơ ron
• 3.10. Thuật toán điều khiển
• 3.11. Cấu trúc thích nghi
• 3.12. Phân tích ổn định
• 3.13. Các thông số đầu vào
• 3.14. Kết quả mô phỏng
• 3.15. Tính bền vững của hệ thống điều khiển
• 3.16. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm
• 4.2. Hệ thống điều khiển
• 4.3. Tổng quan về hệ thống. Các thành phần của hệ thống điều khiển cần trục
• 4.4. Kết quả thực nghiệm
• 4.5. Thực nghiệm tính bền vững của hệ thống điều khiển
• 4.6. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm
• 4.7. Kết luận chương 4
• HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 2. Giao diện người dùng trên phần mềm Labview
• Phụ lục 3. Mô hình Simulink thuật toán điều khiển SOSMC
• Phụ lục 4. Mô hình Simulink thuật toán điều khiển NN-SOSMC
• Phụ lục 5. Mô hình Simulink thuật toán điều khiển SOSMC tích hợp bộ quan sát trạng thái
• Phụ lục 6. Bản vẽ mặt cắt mẫu tàu MH-A1-250 do Viện KAIST đề xuất

I. Hệ thống điều khiển phi tuyến

Nghiên cứu tập trung vào hệ thống điều khiển phi tuyến cho cần trục container đặt trên phao nổi. Hệ thống này được thiết kế để đối phó với các yếu tố bất ổn như sóng biển và gió, đảm bảo tính bền vững trong quá trình vận hành. Các thuật toán điều khiển được phát triển dựa trên mô hình động lực học phức tạp, bao gồm điều khiển trượt bậc hai (SOSMC) và các biến thể tích hợp mạng nơ-ron (NN-SOSMC) và bộ quan sát (OB-SOSMC).

1.1. Điều khiển trượt bậc hai SOSMC

Thuật toán điều khiển trượt bậc hai (SOSMC) được áp dụng để đảm bảo tính ổn định của hệ thống dưới tác động của nhiễu ngoài. Phương pháp này giúp giảm thiểu dao động của container và duy trì độ chính xác trong quá trình vận chuyển. Kết quả mô phỏng cho thấy SOSMC hiệu quả trong việc kiểm soát góc lắc và vị trí container.

1.2. Tích hợp mạng nơ ron NN SOSMC

Thuật toán NN-SOSMC kết hợp mạng nơ-ron để tăng cường khả năng thích nghi của hệ thống. Phương pháp này không yêu cầu thông tin chính xác về mô hình động lực học, giúp hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi có sự thay đổi thông số. Kết quả thực nghiệm cho thấy NN-SOSMC vượt trội trong việc giảm thiểu dao động và nâng cao hiệu suất làm việc.

II. Cần trục container trên phao nổi

Cần trục container đặt trên phao nổi là đối tượng nghiên cứu chính của luận án. Hệ thống này được thiết kế để hoạt động trong môi trường biển khắc nghiệt, nơi các yếu tố như sóng và gió có thể gây ra dao động lớn. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình động lực học và thiết kế hệ thống điều khiển để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong quá trình vận chuyển container.

2.1. Mô hình động lực học

Mô hình động lực học của cần trục container được xây dựng dựa trên phương trình vi phân phi tuyến. Mô hình này bao gồm các yếu tố như dao động của thân tàu, chuyển động của xe con và góc lắc của container. Phương pháp số được sử dụng để giải các phương trình vi phân, giúp dự đoán hành vi của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.

2.2. Thử nghiệm thực nghiệm

Các thuật toán điều khiển được thử nghiệm trên mô hình thực nghiệm trong phòng thí nghiệm. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự tương đồng cao với kết quả mô phỏng, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của các thuật toán điều khiển trong thực tế.

III. Điều khiển bền vững

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế hệ thống điều khiển bền vững cho cần trục container đặt trên phao nổi. Hệ thống này phải đảm bảo hoạt động ổn định dưới tác động của các yếu tố bất lợi như sóng biển và gió. Các thuật toán điều khiển được phát triển nhằm giảm thiểu dao động, duy trì độ chính xác và nâng cao hiệu suất làm việc của cần trục.

3.1. Tính bền vững của hệ thống

Hệ thống điều khiển bền vững được đánh giá dựa trên khả năng chống chịu với nhiễu ngoài và sự thay đổi thông số. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ thống duy trì được tính ổn định và hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt, đáp ứng yêu cầu của thực tế vận hành.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn cao, góp phần nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển cho cần trục container trong ngành vận tải biển. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải tiến thiết kế và vận hành cần trục, từ đó nâng cao hiệu quả và an toàn trong quá trình vận chuyển container.