I. Thiết kế bộ điều khiển
Thiết kế bộ điều khiển là trọng tâm của đề tài, tập trung vào việc phát triển các giải thuật điều khiển bám tối ưu cho hệ thống phi tuyến. Đề tài đề xuất hai cấu trúc điều khiển mới dựa trên giải thuật quy hoạch động thích nghi (ADP) và thuật toán OIRL. Các bộ điều khiển này không yêu cầu thông tin động học đầy đủ của hệ thống, giúp tàu thủy bám quỹ đạo đặt trước và duy trì ổn định trong điều kiện có nhiễu. Đề tài đã chứng minh tính hội tụ của các tham số hệ kín thông qua mô phỏng trên phần mềm Matlab.
1.1. Giải thuật quy hoạch động thích nghi ADP
Giải thuật ADP được sử dụng để xấp xỉ nghiệm của phương trình Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB), một bài toán phức tạp trong điều khiển tối ưu. Giải thuật này kết hợp mạng nơ-ron (NN) để xấp xỉ hàm giá trị và luật điều khiển tối ưu. Đề tài đã phát triển cấu trúc điều khiển sử dụng thuật toán OIRL, giúp tối ưu hóa quỹ đạo bám của tàu thủy mà không cần thông tin động học đầy đủ.
1.2. Thuật toán off policy IRL
Thuật toán off-policy IRL được đề xuất để giải quyết bài toán điều khiển tối ưu bền vững trong điều kiện có nhiễu. Giải thuật này không yêu cầu thông tin động học của hệ thống và đảm bảo tính ổn định của tàu thủy. Đề tài đã chứng minh tính hội tụ của các thông số giá trị cận tối ưu và kiểm chứng thông qua mô phỏng.
II. Bám tối ưu và bền vững
Bám tối ưu và bền vững là hai mục tiêu chính của đề tài. Các bộ điều khiển được thiết kế nhằm đảm bảo tàu thủy bám quỹ đạo đặt trước với độ chính xác cao và duy trì ổn định trong điều kiện có nhiễu. Đề tài đã đề xuất các giải thuật mới dựa trên lý thuyết điều khiển phi tuyến và lý thuyết điều khiển tối ưu, giúp cải thiện hiệu suất bám quỹ đạo và tiết kiệm năng lượng.
2.1. Bám tối ưu quỹ đạo
Đề tài tập trung vào việc bám tối ưu quỹ đạo cho tàu thủy bằng cách sử dụng thuật toán OIRL. Giải thuật này giúp tối ưu hóa quỹ đạo bám mà không cần thông tin động học đầy đủ của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác cao trong việc bám quỹ đạo tròn và các quỹ đạo phức tạp khác.
2.2. Điều khiển bền vững
Điều khiển bền vững được đề xuất để đảm bảo tàu thủy hoạt động ổn định trong điều kiện có nhiễu. Đề tài đã sử dụng thuật toán off-policy IRL để giải quyết bài toán này. Giải thuật này giúp tối ưu hóa quỹ đạo bám và đảm bảo tính ổn định của hệ thống ngay cả khi có nhiễu tác động.
III. Hệ thống phi tuyến
Hệ thống phi tuyến là đối tượng nghiên cứu chính của đề tài. Đề tài tập trung vào việc xây dựng mô hình động lực học của tàu thủy và phát triển các giải thuật điều khiển phù hợp. Các mô hình động lực học của tàu thủy được mô tả bằng hệ phương trình vi phân phi tuyến bậc cao, đòi hỏi các phương pháp điều khiển hiện đại để đạt được hiệu suất cao.
3.1. Mô hình động lực học tàu thủy
Đề tài phân tích mô hình động lực học tàu thủy với các chuyển động sáu bậc tự do và ba bậc tự do trên mặt phẳng nằm ngang. Các mô hình này được sử dụng làm cơ sở để thiết kế các bộ điều khiển bám tối ưu và bền vững.
3.2. Phương trình HJB và HJI
Đề tài chuyển bài toán điều khiển tối ưu về việc tìm nghiệm của phương trình HJB và phương trình HJI. Các phương trình này được giải quyết thông qua giải thuật ADP và thuật toán off-policy IRL, giúp tối ưu hóa quỹ đạo bám và đảm bảo tính ổn định của hệ thống.
IV. Nghiên cứu khoa học cấp trường
Đề tài là một nghiên cứu khoa học cấp trường được thực hiện tại Trường Đại học Hải Phòng. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học và có tiềm năng ứng dụng cao trong thực tiễn. Đề tài góp phần bổ sung các phương pháp điều khiển mới cho hệ lái tàu thủy, đồng thời nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu tại trường.
4.1. Kết quả nghiên cứu
Đề tài đã đề xuất hai cấu trúc điều khiển mới dựa trên thuật toán OIRL và thuật toán off-policy IRL. Các kết quả nghiên cứu đã được kiểm chứng thông qua mô phỏng và công bố trên các tạp chí khoa học.
4.2. Ứng dụng thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu của đề tài có tiềm năng ứng dụng cao trong thực tiễn, đặc biệt là trong việc cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ lái tàu thủy. Đề tài cũng góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu tại Trường Đại học Hải Phòng.
