Luận Văn Thạc Sĩ Về Thiết Kế Bộ Điều Khiển Ổn Định Cho Robot Lặn Có Dây

• Tác giả: Lê Minh Cẩm
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Minh Trí
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Khoa Học và Công Nghệ
• Đề tài: Thiết Kế Bộ Điều Khiển Ổn Định Cho Robot Lặn Có Dây Dưới Tác Động Ngoại Lực
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• 1. GIỚI THIỆU VỀ ROV
• 1.1. Tổng quan về ROV
• 1.2. Tình hình nghiên cứu về ROV
• 1.3. Đặc điểm và tiến triển của ROV
• 2. MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ROV
• 2.1. Giới thiệu mô hình ROV VIAM900
• 2.2. Mô hình động học và động lực học 6 bậc tự do
• 2.3. Phân tích tính ổn định
• 2.4. Thông số mô hình ROV
• 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Cấu trúc tổng thể của giải thuật điều khiển chuyển động hệ thống ROV
• 3.2. Bộ điều khiển PID
• 3.3. Bộ điều khiển phản hồi phi tuyến tính danh định (NLFC)
• 3.4. Bộ điều khiển trượt (SMC)
• 3.5. Bộ điều khiển phản hồi phi tuyến tính thích nghi (ALFC)
• 3.6. Kết quả mô phỏng
• 3.7. Bối cảnh mô phỏng
• 4. XÂY DỰNG BỘ ƯỚC LƯỢNG TRẠNG THÁI
• 4.1. Mô hình cảm biến
• 4.2. Mô hình cảm biến IMU
• 4.3. Xây dựng bộ ước lượng trạng thái cho bộ điều khiển
• 4.3.1. EKF 13 trạng thái
• 4.3.2. EKF 16 trạng thái
• 4.3.3. EKF2 không cập nhật cảm biến vận tốc
• 4.3.4. EKF2 có cập nhật cảm biến vận tốc
• 4.4. Kết quả mô phỏng
• 4.5. Mô phỏng kiểm tra bộ ước lượng
• 4.6. Kết hợp bộ ước lượng và bộ điều khiển
• 4.7. Đường phát triển đề tài
• 5. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• 6. LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA TÁC GIẢ
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU

I. Giới thiệu về robot lặn

Robot lặn, đặc biệt là robot lặn có dây (ROV), là một trong những công nghệ quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu và khai thác dưới nước. ROV được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như khảo sát địa chất, bảo trì cơ sở hạ tầng dưới nước và nghiên cứu sinh thái biển. Đặc điểm nổi bật của robot lặn là khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, nơi mà con người khó có thể tiếp cận. Việc thiết kế và phát triển bộ điều khiển ổn định cho ROV là rất cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn. Theo nghiên cứu, ROV thường gặp phải nhiều khó khăn trong việc duy trì ổn định khi phải chịu tác động từ tác động ngoại lực như sóng, dòng chảy và áp lực nước. Do đó, việc thiết kế bộ điều khiển phù hợp là một thách thức lớn cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu.

II. Các phương pháp điều khiển cho robot lặn

Trong nghiên cứu này, các phương pháp điều khiển khác nhau cho ROV được xem xét, bao gồm bộ điều khiển PID, bộ điều khiển hồi tiếp phi tuyến tính (NLFC), bộ điều khiển thích nghi (ALFC) và bộ điều khiển chế độ trượt (SMC). Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Bộ điều khiển PID là phương pháp truyền thống và dễ áp dụng, nhưng có thể không đủ hiệu quả trong môi trường không ổn định. Ngược lại, các bộ điều khiển phi tuyến tính như NLFC và ALFC có khả năng tự điều chỉnh theo các điều kiện thay đổi, giúp cải thiện tính ổn định của ROV. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng cảm biến robot để thu thập dữ liệu môi trường và trạng thái của ROV là rất quan trọng để tối ưu hóa hoạt động của các bộ điều khiển này.

III. Thiết kế bộ điều khiển ổn định

Thiết kế bộ điều khiển ổn định cho ROV dưới tác động của tác động ngoại lực bao gồm việc xác định các thông số cần thiết để đảm bảo tính ổn định và khả năng phản ứng nhanh. Các mô hình toán học của ROV sẽ được xây dựng để mô phỏng các tình huống khác nhau mà ROV có thể gặp phải. Sử dụng các kỹ thuật điều khiển như tự động hóa và kỹ thuật điều khiển từ xa, bộ điều khiển sẽ được tối ưu hóa để giảm thiểu sai số và đảm bảo ROV hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng các bộ điều khiển phi tuyến tính có khả năng duy trì ổn định tốt hơn so với các phương pháp truyền thống trong môi trường biển không ổn định.

IV. Ứng dụng thực tiễn của robot lặn

Các ứng dụng của robot lặn rất đa dạng, từ việc khảo sát môi trường dưới nước, tìm kiếm cứu nạn, đến bảo trì các cấu trúc hạ tầng dưới biển. Việc phát triển bộ điều khiển ổn định cho ROV không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của robot mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và khai thác tài nguyên biển. Đặc biệt, trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường, ROV có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và bảo vệ hệ sinh thái biển. Các mô hình ROV được thiết kế với cảm biến robot hiện đại có thể thu thập dữ liệu chính xác và kịp thời, hỗ trợ các nhà nghiên cứu trong việc đưa ra các quyết định kịp thời và hiệu quả.