Tổng quan về luận án

Nghiên cứu khoa học kỹ thuật biển và tự động hóa phương tiện chuyển động ngầm không người lái (Autonomous Underwater Vehicle - AUV) đang trở thành trọng tâm chiến lược toàn cầu. Trái đất có khoảng 70% bề mặt được bao phủ bởi nước; riêng tại Việt Nam, vùng đặc quyền kinh tế trên Biển Đông rộng hơn 1 triệu $\text{km}^2$ cùng bờ biển dài hơn 3.200 km đóng vai trò huyết mạch trong phát triển kinh tế biển và an ninh quốc phòng, bám sát định hướng của Nghị quyết số 36-NQ/TW về "Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045". Việc phát triển AUV tự hành giúp khắc phục triệt để các hạn chế của phương tiện ngầm có người lái (vốn tiềm ẩn rủi ro sinh mạng nghiêm trọng như thảm kịch tàu ngầm KRI Nanggala chìm ở độ sâu 850m năm 2021) cũng như phương tiện điều khiển từ xa có dây (Remotely Operated Vehicle - ROV) bị hạn chế về tầm hoạt động và tính cơ động.

Khoảng trống nghiên cứu cốt lõi (research gap) nằm ở bài toán điều khiển chuyển động không gian 3 chiều đối với AUV 4 bậc tự do (4 Degrees of Freedom - 4 DOF: gồm chuyển động dọc surge $x$, trượt ngang sway $y$, trượt đứng heave $z$, và quay trở góc hướng yaw $\psi$) thuộc cấu trúc hệ thiếu cơ cấu chấp hành (Underactuated Mechanical Systems - UMS). Hệ thống chỉ được trang bị lực đẩy dọc ($X_{pl}$), góc bẻ bánh lái hướng ($\delta_h$) và bánh lái sâu ($\delta_s$), hoàn toàn không có cơ cấu sinh lực trực tiếp trên trục ngang $y$. Đồng thời, đối tượng phải hoạt động trong môi trường thủy động lực học phi tuyến cao, ma trận quán tính khối nước kèm ($M_A$), ma trận Coriolis ($C_A(v)$), ma trận lực cản thủy động ($D(v)$) luôn biến thiên và chịu tác động của dòng chảy đại dương ($V_d$), nhiễu sóng biển ngẫu nhiên ($Z_{wave}, M_{wave}$).

Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Tự động hóa (Mã số: 9520216) của nghiên cứu sinh Vũ Văn Quang tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Đinh Anh Tuấn và PGS.TS Phạm Ngọc Tiệp, giải quyết trọn vẹn bài toán trên thông qua hệ thống câu hỏi và giả thuyết khoa học:

  • Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Làm thế nào để tổng hợp thuật toán điều khiển phi tuyến thích nghi hóa giải được tính bất định mô hình và sự thiếu hụt kênh lực chấp hành ngang của AUV 4 DOF?
  • Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Cấu trúc trượt tầng phân cấp (Hierarchical Sliding Mode Control - HSMC) kết hợp mạng nơ-ron hướng tâm (Radial Basis Function - RBF) có khả năng triệt tiêu hiện tượng rung lắc chattering và bù trừ chính xác các thành phần ma trận bất định hay không?
  • Giả thuyết nghiên cứu 1 (H1): Bộ điều khiển Backstepping thích nghi mờ (Adaptive Fuzzy Backstepping - AFB) cho phép ước lượng trực tuyến hàm bất định, giảm thiểu thời gian quá độ và sai số bám quỹ đạo so với Backstepping kinh điển.
  • Giả thuyết nghiên cứu 2 (H2): Bộ điều khiển thích nghi nơ-ron trượt tầng (Adaptive Neural Hierarchical Sliding Mode Controller - ANHSMC) bảo đảm tính ổn định tiệm cận toàn cục theo tiêu chuẩn Lyapunov cho hệ UMS 4 DOF dưới tác động của dòng chảy và sóng biển.

Nghiên cứu được định vị trên bức tranh dữ liệu thị trường và công nghệ: Theo thống kê của Douglas-Westwood, số lượng AUV toàn cầu giai đoạn đến năm 2019 đạt 1.144 phương tiện (trong đó quân sự chiếm 49%, nghiên cứu biển 31%, khai thác dầu khí 8%, khảo sát thủy văn 7%). Đồng thời, các kỷ lục thực tế như AUV Wukong (Trung Quốc) lặn sâu 7.709m hay AUV Vityaz-D (Nga) chạm đáy vực Mariana ở độ sâu 10.028m khẳng định xu thế làm chủ công nghệ điều khiển ngầm nước sâu là tất yếu.

Literature Review và Positioning

Lý thuyết điều khiển phương tiện chuyển động ngầm khởi nguồn từ các mô hình động lực học cơ sở biển của SNAME (Society of Naval Architects and Marine Engineers - 1950) và các công trình kinh điển của Fossen (1994, 2011) về phương trình vi phân chuyển động 6 DOF phi tuyến:

$$M_{RB}\dot{v} + C_{RB}(v)v + M_A\dot{v} + C_A(v)v + D(v)v + g(\eta) = \tau$$

Trong nhiều thập kỷ, các luồng nghiên cứu điều khiển AUV chia thành hai trường phái chính:

  1. Trường phái tuyến tính hóa và phân kênh độc lập: Áp dụng các bộ điều khiển PID kinh điển, LQR (Linear Quadratic Regulator) và LQG (Linear Quadratic Gaussian). Các phương pháp này phân tách chuyển động thành hai kênh độc lập: chuyển động dọc (longitudinal model: $u, w, q$) và chuyển động ngang (lateral model: $v, p, r$). Tuy nhiên, cách tiếp cận này bộc lộ nhược điểm nghiêm trọng khi AUV vận hành ở dải vận tốc thay đổi hoặc thực hiện quỹ đạo cơ động 3D phức tạp do bỏ qua tương tác chéo phi tuyến và khối nước kèm liên kết ($X_{vr}, Y_{ur}, Z_{uq}, N_{uv}$).
  2. Trường phái điều khiển phi tuyến hiện đại: Khai thác kỹ thuật trượt (Sliding Mode Control - SMC) của Utkin và Backstepping tích hợp của Krstic et al. (1995). Mặc dù có độ bền vững cao, SMC kinh điển tạo ra hiện tượng chattering tần số cao gây hại máy lái cơ khí, trong khi Backstepping truyền thống đối mặt với hiện tượng bùng nổ đạo hàm vi phân ("explosion of complexity") và rất nhạy cảm với sai lệch tham số mô hình.

Các tranh luận học thuật quốc tế tập trung vào việc giải quyết hệ thiếu cơ cấu chấp hành (UMS). Nghiên cứu của Repoulias & Papadopoulos (2007) và Shen et al. (2017) đề xuất các giải thuật bám mặt phẳng ngang 3 DOF, nhưng việc mở rộng lên không gian 3D 4 DOF có tính đến góc chúc ngóc và độ sâu thực tế thường làm vỡ cấu trúc mặt trượt.

So sánh với các mẫu AUV quốc tế và trong nước:

  • AUV Bluefin-9 (Mỹ): Trọng lượng 60,5 kg, dài 1,65 m, vận tốc tối đa 2 m/s, lặn sâu 200 m, sử dụng các thuật toán lái thương mại tích hợp INS/DVL nhưng đòi hỏi đầy đủ cảm biến và mô hình động lực học được cân chỉnh thực nghiệm tốn kém.
  • AUV Dolphin (Việt Nam - ĐH Bách Khoa Hà Nội): Đường kính 250 mm, dài 2.100 mm, khối lượng 80 kg, lặn sâu 50 m, sử dụng cấu hình bám theo chương trình định sẵn với phản hồi tham số cơ bản.

Luận án của Vũ Văn Quang định vị bước đột phá bằng cách không cần đo đạc chính xác toàn bộ hệ số thủy động phức tạp, mà tích hợp hệ suy diễn mờ (Fuzzy Logic System) và mạng nơ-ron hàm hướng tâm (RBFNN) vào cấu trúc trượt tầng phân cấp suy rộng (HSMC), thiết lập chuẩn mực điều khiển bám quỹ đạo 3D bền vững cho AUV 4 DOF.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng nền tảng lý thuyết điều khiển phi tuyến và hệ thống cơ điện tử biển qua các luận điểm khoa học:

  1. Mở rộng lý thuyết Backstepping cho hệ UMS: Phát triển luật điều khiển Backstepping chuyển đổi tương đương từ hệ thiếu cơ cấu chấp hành về hệ đủ trạng thái ảo, kết hợp thuật toán thích nghi mờ (AFB) với hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno/Mamdani trực tuyến. Giải pháp này giúp cập nhật trọng số thích nghi $\hat{\Theta}$ bù trừ sai lệch phi tuyến bậc cao:

$$\dot{V}_1 \le -k_1 z_1^2 - k_2 z_2^2 \le 0$$

  1. Phát triển lý thuyết điều khiển trượt tầng thích nghi nơ-ron (ANHSMC): Thiết lập cấu trúc mặt trượt phân tầng dạng vector tổng quát cho AUV 4 DOF:
    • Mặt trượt tầng thứ nhất ($S_1$) cho kênh vị trí mặt phẳng ngang $(x, y)$ và hướng đi $(\psi)$.
    • Mặt trượt tầng thứ hai ($S_2$) cho kênh độ sâu $(z)$ và vận tốc dài $(u, w)$.
    • Mặt trượt tổng hợp phân cấp: $S = c_1 S_1 + c_2 S_2$.
  2. Mệnh đề ổn định hội tụ tiệm cận: Sử dụng mạng nơ-ron RBF hai lớp với vector trọng số tối ưu $W^*$ xấp xỉ hàm phi tuyến phức hợp $f(X) = W^{*T} h(X) + \varepsilon$, trong đó $h(X) = \exp\left(-\frac{|X - c_i|^2}{2\sigma_i^2}\right)$. Chứng minh toán học thông qua hàm ứng viên Lyapunov mở rộng:

$$V = \frac{1}{2}S^T S + \frac{1}{2}\tilde{W}^T \Gamma^{-1} \tilde{W}$$

Đạo hàm bậc nhất $\dot{V} \le -S^T K S - \frac{1}{2} S^T D_0 S \le 0$, bảo đảm trạng thái sai số bám quỹ đạo hội tụ tiệm cận về lân cận điểm 0, thỏa mãn điều kiện ổn định Input-to-State Stability (ISS).

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp liên ngành giữa 3 trụ cột lý thuyết:

  • Cơ học thủy khí động lực học tàu ngầm: Mô tả chính xác các tham số khối nước kèm chéo trục ($X_{\dot{u}}, Y_{\dot{v}}, Y_{\dot{r}}, Z_{\dot{w}}, Z_{\dot{q}}, M_{\dot{w}}, M_{\dot{q}}, N_{\dot{v}}, N_{\dot{r}}$) và lực nâng/cản parabolic ($C_D = a\alpha^2 + b\alpha + c$).
  • Lý thuyết thích nghi mờ (Fuzzy Logic Adaptation): Chuyển đổi tri thức chuyên gia thành ma trận luật mờ với 2 biến ngôn ngữ đầu vào ($e, \dot{e}$) và các tập mờ {NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB} điều chỉnh tham số khuếch đại.
  • Mạng nơ-ron nhân tạo RBF: Huấn luyện thích nghi trực tuyến không cần pha huấn luyện offline, tự động bù thành phần bất định của ma trận Coriolis $C(v)$ và ma trận suy giảm $D(v)$.

Điều kiện biên xác định: Thuật toán bảo đảm hội tụ với góc nghiêng dọc và góc lật nhỏ hơn giới hạn vật lý ($\theta, \phi \le 85^\circ$), thỏa mãn điều kiện kích thích bền (Persistent Excitation - PE) của tín hiệu đặt quỹ đạo.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu tuân thủ thế giới quan thực chứng (Positivism) kết hợp phương pháp suy diễn toán học hình thức và mô phỏng thực nghiệm kỹ thuật số (numerical simulation). Hệ thống tọa độ chuẩn được thiết lập chặt chẽ qua 4 khung quy chiếu:

  1. ECI ($i$-frame): Khung quán tính tâm Trái đất.
  2. ECEF ($e$-frame): Khung cố định tâm Trái đất quay với tốc độ góc $\omega_e = 7,2921 \cdot 10^{-5}\text{ rad/s}$.
  3. NED ($n$-frame): Khung quy chiếu địa lý Bắc - Đông - Xuống (North-East-Down).
  4. BODY ($b$-frame): Khung tọa độ gắn liền thân AUV với gốc đặt tại tâm khối $G_b(0,0,0)$.

Ma trận chuyển đổi vận tốc góc và dài từ $b$-frame sang $n$-frame được biểu diễn qua toán tử Euler-Jacobi:

$$\dot{\eta} = J(\eta) v \quad \Leftrightarrow \quad \begin{bmatrix} \dot{\eta}1 \ \dot{\eta}2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} C_b^n & 0{3\times 3} \ 0{3\times 3} & J_2(\eta_2) \end{bmatrix} \begin{bmatrix} v_1 \ v_2 \end{bmatrix}$$

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình nghiên cứu kiểm soát sai số qua các bước:

  • Chuẩn hóa thông số thủy động lực học: Dữ liệu hình học và hệ số thủy động được kế thừa và chuẩn hóa theo tiêu chuẩn SNAME từ mô hình thử nghiệm của Viện Khoa học Công nghệ Quân sự và Đại học Hàng hải.
  • Xử lý dòng chảy tương đối: Tích hợp vận tốc dòng chảy $V_d$ vào phương trình chuyển động tương đối:

$$V_r = V_0 - V_d \quad \Rightarrow \quad u_r = u_0 - u_d, ; v_r = v_0 - v_d, ; w_r = w_0 - w_d$$

Góc dạt $\beta$ và góc tới $\alpha$ được tính toán liên tục:

$$\alpha = \arctan\left(\frac{w}{u}\right), \quad \beta = \arcsin\left(\frac{v}{V}\right)$$

  • Tam giác đạc kiểm chứng (Triangulation): Kết hợp kiểm chứng giải tích Lyapunov, mô phỏng số học thuật toán trên nền tảng MATLAB/Simulink (ODE45 Runge-Kutta bậc biến thiên, step size $0,001\text{s}$), và đối sánh chéo đa thuật toán (BCS vs. AFB; HSMC vs. ANHSMC).

Data và phân tích

Thiết lập kịch bản mô phỏng kiểm tra tính bền vững:

  • Kịch bản 1: Bám quỹ đạo đường thẳng và điểm đặt không gian cố định ($x_d, y_d, z_d, \psi_d$).
  • Kịch bản 2: Bám quỹ đạo không gian 3D phức hợp biến thiên liên tục theo hàm điều hòa:

$$x_d(t) = 10\cos(0,05t), \quad y_d(t) = 10\sin(0,05t), \quad z_d(t) = 0,2t$$

  • Kịch bản 3: Kiểm tra độ bền vững dưới tác động của nhiễu dòng chảy xung bước nhảy và sóng biển $Z_{wave}, M_{wave}$.
  • Kịch bản 4: Điều khiển cơ động lặn sâu chính xác ở các độ sâu $8\text{ m}$ và $10\text{ m}$.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

  1. Khắc phục triệt để tính thiếu cơ cấu chấp hành (UMS): Kỹ thuật trượt tầng suy rộng giải quyết thành công bài toán thiếu kênh lực đẩy ngang $Y_{pl}$. Nhờ sự liên kết chéo tự nhiên giữa góc hướng $\psi$ và vận tốc $u$, bộ điều khiển gián tiếp đưa góc trượt dạt ngang $v$ về trạng thái ổn định tiệm cận.
  2. Triệt tiêu hiện tượng Chattering trong điều khiển trượt: Sự kết hợp của mạng nơ-ron RBF hai lớp giúp làm trơn mặt trượt $S$, triệt tiêu hoàn toàn dao động tần số cao trên các cánh lái hướng ($\delta_h$) và lái sâu ($\delta_s$), giúp kéo dài tuổi thọ của hệ thống chấp hành cơ điện.
  3. Giảm thiểu thời gian xác lập và sai số xác lập: Kết quả mô phỏng cho thấy AFB rút ngắn thời gian quá độ so với Backstepping kinh điển hơn 35%, sai số vị trí $e_x, e_y, e_z$ hội tụ nhanh về 0 mà không xảy ra hiện tượng vọt lố.
  4. Độ bền vững trước nhiễu dòng hải lưu và sóng biển: Khi đưa vector dòng chảy $V_d$ và lực sóng $Z_{wave}, M_{wave}$ vào hệ thống, ANHSMC duy trì độ lệch quỹ đạo 3D ở mức không đáng kể, vượt trội hoàn toàn so với HSMC truyền thống vốn bị dao động mạnh quanh điểm đặt.
  5. Hiệu năng bám quỹ đạo lặn sâu chính xác: Tại các bài toán thử nghiệm lặn sâu $8\text{ m}$ và $10\text{ m}$, thuật toán ANHSMC giúp AUV đạt độ sâu mong muốn mượt mà, góc chúc ngóc $\theta$ được khống chế an toàn trong dải ổn định động học.

Implications đa chiều

  • Về mặt học thuật: Cung cấp khung lý thuyết hoàn chỉnh cho bài toán điều khiển thích nghi thông minh trên các đối tượng cơ học phi tuyến thiếu cơ cấu chấp hành thuộc nhóm thiết bị tự hành dưới nước.
  • Về mặt kỹ thuật hàng hải: Cho phép các kỹ sư thiết kế hệ thống lái tự động AUV giảm bớt số lượng chân vịt điều khiển ngang đắt đỏ và phức tạp, tối ưu hóa không gian chứa pin và tải trọng cảm biến.
  • Về mặt an ninh quốc phòng: Ứng dụng trực tiếp vào việc nâng cao khả năng tự hành của các hệ thống vũ khí chống ngầm (ASWs), ngư lôi thông minh, thiết bị khảo sát trinh sát đáy biển bảo vệ chủ quyền biển đảo.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những đóng góp học thuật đột phá, luận án thẳng thắn chỉ ra các giới hạn nghiên cứu:

  1. Giới hạn kiểm chứng thực nghiệm: Các kết luận khoa học chủ yếu được kiểm chứng thông qua mô phỏng số hóa độ chính xác cao trên phần mềm MATLAB/Simulink dựa trên bộ thông số của AUV thực tế, chưa có điều kiện thử nghiệm vật lý toàn diện trên hồ thử nghiệm hoặc ngoài biển khơi thực địa.
  2. Mô hình hóa dòng chảy: Vector dòng hải lưu $V_d$ trong các kịch bản mô phỏng được giả định là hằng số hoặc biến thiên chậm theo không gian cục bộ, chưa bao quát được các hiện tượng xoáy nước cục bộ phi tuyến cao.
  3. Giới hạn bão hòa cơ cấu chấp hành: Chưa tích hợp trực tiếp ràng buộc giới hạn góc bẻ lái cực đại $|\delta| \le \delta_{max}$ và tốc độ bẻ lái $|\dot{\delta}| \le \dot{\delta}_{max}$ vào hàm Lyapunov tối ưu.

Định hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Thiết kế bo mạch nhúng DSP/FPGA và thực hiện thử nghiệm trên mô hình AUV thực tế tại bể thử nghiệm thủy động lực học.
  • Tích hợp kỹ thuật ước lượng trạng thái kết hợp định vị quán tính INS/DVL và lọc Kalman mở rộng (EKF) khi mất hoàn toàn tín hiệu vệ tinh GNSS dưới nước sâu.
  • Mở rộng bài toán sang điều khiển đội hình (swarm control) nhiều AUV phối hợp bám quỹ đạo không gian 3D.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án tạo ra tác động sâu rộng trên nhiều phương diện:

  • Tác động học thuật: Mở ra các hướng công bố chất lượng cao trên các tạp chí chuyên ngành tự động hóa và kỹ thuật hàng hải uy tín thuộc danh mục ISI/Scopus (như IEEE Journal of Oceanic Engineering, Ocean Engineering).
  • Phát triển công nghiệp và kinh tế biển: Chuyển giao thuật toán cho các viện nghiên cứu đóng tàu, phục vụ chế tạo AUV khảo sát tuyến cáp ngầm quang biển, đường ống dẫn dầu khí ngoài khơi, và quan trắc môi trường biển sâu.
  • Đóng góp an ninh quốc phòng: Làm chủ thuật toán điều khiển tự hành cho các phương tiện không người lái dưới nước, giảm thiểu sự phụ thuộc vào công nghệ ngoại nhập, tăng cường tiềm lực quốc phòng cho lực lượng Hải quân Việt Nam.

Đối tượng hưởng lợi

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp độc đáo nhất là việc phát triển thành công bộ điều khiển trượt tầng thích nghi nơ-ron (ANHSMC) dạng vector suy rộng cho AUV 4 DOF thiếu cơ cấu chấp hành. Luận án đã mở rộng lý thuyết điều khiển trượt phân cấp (HSMC) kinh điển bằng cách nhúng mạng nơ-ron RBF hai lớp để xấp xỉ trực tuyến toàn bộ ma trận Coriolis $C(v)$ và ma trận lực cản thủy động $D(v)$, chứng minh tính ổn định tiệm cận toàn cục theo Lyapunov mà không cần biết trước mô hình toán chính xác.

2. Đột phá về mặt phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây?

So với các nghiên cứu tuyến tính hóa cục bộ (Fossen 1994) hoặc Backstepping truyền thống (Krstic 1995) vốn nhạy cảm với sai số tham số và bùng nổ đạo hàm vi phân, luận án đề xuất hai khung phương pháp luận:

  • AFB: Dùng hệ logic mờ tự động cập nhật hệ số khuếch đại thích nghi.
  • ANHSMC: Thiết kế mặt trượt phân tầng tổng hợp kết hợp học sâu nơ-ron RBF, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng chattering mà vẫn đảm bảo tính bền vững trước nhiễu sóng và dòng chảy.

3. Phát hiện bất ngờ nhất có số liệu thực nghiệm chứng minh?

Khả năng tự ổn định thụ động của kênh trượt ngang ($v$) dù không có lực đẩy ngang trực tiếp ($Y_{pl} = 0$). Nhờ cơ chế ghép kênh động lực học qua mô men bánh lái hướng ($N_{uv}, N_{ur}$), sai số bám quỹ đạo mặt phẳng ngang và không gian 3D vẫn hội tụ tiệm cận về 0 với độ chính xác cao trong các kịch bản lặn sâu $8\text{ m}$ và $10\text{ m}$.

4. Luận án có cung cấp đầy đủ quy trình lặp lại nghiên cứu (Replication Protocol) không?

Có. Luận án cung cấp chi tiết:

  • Toàn bộ hệ phương trình vi phân mô tả động học và động lực học 4 DOF.
  • Bảng tham số hình học, hệ số khối nước kèm SNAME và lực cản thủy động của AUV mẫu.
  • Ma trận luật hợp thành mờ, cấu trúc hàm kích hoạt mạng nơ-ron RBF và sơ đồ khối mô phỏng chi tiết trên MATLAB/Simulink.

5. Lộ trình phát triển nghiên cứu 10 năm tiếp theo được vạch ra như thế nào?

  1. Giai đoạn 1 (1-3 năm): Chế tạo mô hình phần cứng AUV 4 DOF thực nghiệm, nhúng thuật toán ANHSMC lên vi xử lý nhúng DSP/ARM và thử nghiệm tại bể thử thủy động lực học.
  2. Giai đoạn 2 (4-6 năm): Phát triển hệ thống định vị dẫn đường tích hợp ngầm sâu INS/DVL/USBL đa cảm biến chống trôi dạt định vị.
  3. Giai đoạn 3 (7-10 năm): Mở rộng giải thuật điều khiển phân tán cho đội hình nhiều AUV (Swarm AUVs) thực hiện nhiệm vụ khảo sát biển sâu và tác chiến tự hành quy mô lớn.

Kết luận

  1. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình toán học động học và động lực học phi tuyến 4 DOF hệ thiếu cơ cấu chấp hành cho thiết bị lặn tự hành AUV.
  2. Tổng hợp thành công bộ điều khiển Backstepping thích nghi mờ (AFB), khắc phục nhược điểm nhạy cảm tham số và rút ngắn thời gian xác lập so với Backstepping kinh điển.
  3. Phát triển đột phá bộ điều khiển trượt tầng thích nghi nơ-ron (ANHSMC) kết hợp mạng RBF, triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng rung lắc chattering và bù trừ chính xác các thành phần thủy động lực học bất định.
  4. Chứng minh toán học chặt chẽ tính ổn định tiệm cận toàn cục của hệ thống kín theo tiêu chuẩn ổn định Lyapunov.
  5. Kiểm chứng hiệu năng vượt trội của các thuật toán đề xuất qua các kịch bản mô phỏng bám quỹ đạo không gian 3D phức hợp và lặn sâu $8\text{ m}, 10\text{ m}$ dưới tác động của dòng hải lưu và sóng biển.
  6. Mở ra hướng tiếp cận mới có giá trị khoa học và thực tiễn cao, đóng góp nền tảng kỹ thuật tự động hóa then chốt phục vụ chiến lược phát triển kinh tế biển và bảo vệ chủ quyền biển đảo quốc gia.