Thiết Kế và Điều Khiển Hệ Thống Lái Tự Động Cho Mô Hình Tàu Thủy

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật cơ điện tử thiết kế và điều khiển hệ thống lái tàu tự động cho mô hình tàu thủy, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Đề tài: Thiết Kế và Điều Khiển Hệ Thống Lái Tự Động Cho Mô Hình Tàu Thủy

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Giới thiệu chung về máy lái tự động tàu thủy
• 1.3. Tình hình nghiên cứu
• 1.4. Mục tiêu, nội dung cụ thể của đề tài
• 1.5. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH
• 2.1. Giới thiệu thành phần hệ thống lái tự động
• 2.2. Phân tích động học - động lực học con tàu
• 2.3. Các hệ trục tọa độ tham chiếu
• 2.4. Sự chuyển đổi giữa hệ trục body và NED
• 2.5. Động lực học vật tàu
• 2.6. Lý thuyết điều động tàu
• 2.7. Mô hình điều động tàu mặt phẳng ngang (3-DOF)
• 2.8. Tuyến tính hóa mô hình điều động tàu
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG PID VÀ NƠ-RON THÍCH NGHI PID CHO VIỆC ĐIỀU KHIỂN TÀU THEO QUỸ ĐẠO
• 3.1. Tổng quan
• 3.2. Hạn chế của khâu vi phân
• 3.3. Hiện tượng windup do khâu tích phân
• 3.4. Bộ điều khiển PID rời
• 3.5. Ước lượng thông số của mô hình tàu thí nghiệm sử dụng Matlab Identification System
• 3.6. Bộ điều khiển ANNAI
• 3.6.1. Giới thiệu bộ điều khiển nơ-ron thích nghi tương tác (ANNAI)
• 3.6.2. Hệ thống điều khiển tàu theo quỹ đạo kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS (chưa đến khoảng cách dịch ngang)
• 3.6.3. Hệ thống điều khiển tàu theo quỹ đạo kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS (có tính đến khoảng cách dịch ngang)
• 3.6.4. Bộ điều khiển ANNAI kết hợp với PID
• 3.7. Ảnh hưởng của ngoại cảnh đến quỹ đạo của tàu
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG
• 4.1. Mô phỏng đáp ứng bộ điều khiển PID
• 4.2. Mô hình toán hệ thống mô hình tàu thủy cho mô phỏng
• 4.3. Mô phỏng tìm hệ số bộ điều khiển PID
• 4.4. Mô phỏng sự kết hợp giữa bộ điều khiển PID và thuật toán LOS
• 4.5. Mô phỏng sự kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS (chưa tính đến khoảng cách dịch ngang)
• 4.6. Mô phỏng sự kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS (có tính đến khoảng cách dịch ngang)
• 4.7. Mô phỏng bộ điều khiển PID kết hợp ANNAI
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Trạm điều khiển trên bờ
• 5.2. Trạm đặt trên con tàu
• 5.3. Thực nghiệm bộ điều khiển PID kết hợp thuật toán LOS
• 5.3.1. Thực nghiệm ước lượng mô hình thông số con tàu thực nghiệm bằng Matlab System Identification
• 5.3.2. Kết quả ước lượng mô hình hàm truyền Nomoto
• 5.3.3. Kết quả thực nghiệm bộ PID kết hợp thuật toán LOS
• 5.3.4. Mô phỏng kết hợp bộ điều khiển PID kết hợp ANNAI
• 5.4. Tổng kết thực nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Lái Tự Động Cho Tàu Thủy Hiện Đại

Hệ thống lái tự động đóng vai trò then chốt trong nhiều ứng dụng hàng hải, từ hải dương học đến vận tải và quân sự. Ưu điểm của hệ thống lái tự động tàu thủy là khả năng tự thích nghi cao và giảm chi phí vận hành so với hệ thống thông thường. Luận văn này tập trung vào thiết kế và mô phỏng bộ điều khiển sử dụng giải thuật mạng nơ-ron kết hợp với thuật toán chỉ đường Line-of-Sight (LOS). Mục tiêu là tìm ra giải pháp điều khiển tối ưu cho bánh lái, giúp tàu di chuyển theo quỹ đạo xác định trước. Kết quả được kiểm chứng thông qua mô phỏng Matlab và thực nghiệm trên mô hình thực tế. Theo nghiên cứu của Nguyễn Hoàng Thiên An (2017), hệ thống lái tự động giúp giảm thao tác vận hành, giảm tiêu thụ nhiên liệu và rút ngắn hành trình vận chuyển.

1.1. Lịch Sử Phát Triển của Hệ Thống Lái Tự Động Tàu Thủy

Từ chiếc máy lái tự động đầu tiên lắp đặt trên tàu dầu J. Moffet năm 1920, kỹ thuật điều khiển đã có những bước tiến dài. Đến năm 1970, bộ điều khiển chủ yếu là loại PID hoặc PID kết hợp. Đến thập kỷ 80, với sự ra đời của máy tính và vi điều khiển, nhiều lý thuyết mới ra đời như bộ điều khiển ứng dụng Fuzzy logic, mạng nơ-ron, hệ chuyên gia.

1.2. Vai Trò và Ứng Dụng của Hệ Thống Lái Tự Động Tàu Thủy

Máy lái tự động có vai trò quan trọng trong việc giữ hướng di chuyển của tàu theo hướng đặt trước. Một máy lái tự động tốt giúp giảm thao tác vận hành của thủy thủ, giảm nhiên liệu sử dụng và rút ngắn hành trình. Với sự phát triển mạnh mẽ của truyền dữ liệu không dây, yêu cầu điều khiển được nâng cao, đó là điều khiển tự động và giám sát từ xa.

II. Thách Thức và Yêu Cầu Thiết Kế Hệ Thống Lái Tự Động

Việc thiết kế hệ thống lái tự động cho tàu thủy đối mặt với nhiều thách thức. Các yếu tố như điều kiện thời tiết, dòng chảy, tải trọng tàu và đặc tính động học phức tạp của tàu đều ảnh hưởng đến hiệu suất. Yêu cầu đặt ra là hệ thống phải đảm bảo khả năng bám quỹ đạo chính xác, ổn định hướng đi và thích ứng với các thay đổi môi trường. Bên cạnh đó, các yếu tố an toàn và tiết kiệm nhiên liệu cũng cần được xem xét kỹ lưỡng. Theo nghiên cứu của Minorsky (1922) về điều khiển PID, một hệ thống lái tự động hiệu quả cần kết hợp các yếu tố tỷ lệ, tích phân và vi phân.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hệ Thống Lái Tự Động

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống lái. Bao gồm: điều kiện thời tiết, dòng chảy, tải trọng tàu, đặc tính động học phức tạp của tàu. Các đặc tính này liên tục thay đổi bên cạnh các tác động từ môi trường.

2.2. Yêu Cầu Về Độ Chính Xác và Ổn Định Của Hệ Thống

Hệ thống phải đảm bảo khả năng bám quỹ đạo chính xác, ổn định hướng đi và thích ứng với các thay đổi môi trường. Bên cạnh đó, các yếu tố an toàn và tiết kiệm nhiên liệu cũng cần được xem xét kỹ lưỡng. Quan trọng hơn nữa là sự tối ưu hóa hoạt động của tàu.

2.3. Hạn chế của khâu vi phân và tích phân trong PID

Khâu vi phân có thể khuếch đại nhiễu, làm cho hệ thống trở nên không ổn định. Hiện tượng windup là tình trạng khâu tích phân tích lũy giá trị quá lớn khi có sai số lớn, dẫn đến vượt quá khả năng điều khiển.

III. Phương Pháp Điều Khiển PID và Ứng Dụng Cho Tàu Thủy

Bộ điều khiển PID là một trong những phương pháp điều khiển kinh điển và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống lái tự động tàu thủy. Ưu điểm của PID là đơn giản, dễ cài đặt và điều chỉnh. Tuy nhiên, PID có hạn chế trong việc thích ứng với các thay đổi của môi trường và đặc tính động học tàu. Việc kết hợp PID với các thuật toán thích nghi hoặc mạng nơ-ron có thể cải thiện hiệu suất của hệ thống. Nguyễn Lê Nhật Thắng (2017) đã chỉ ra rằng máy lái tự động PID có kết quả mô phỏng tốt hơn so với thực nghiệm.

3.1. Ưu Điểm và Nhược Điểm Của Bộ Điều Khiển PID

Ưu điểm của PID là đơn giản, dễ cài đặt và điều chỉnh. Tuy nhiên, PID có hạn chế trong việc thích ứng với các thay đổi của môi trường và đặc tính động học tàu. Một bộ hệ số PID dù chất lượng tốt cũng chỉ hoạt động tối ưu trong một điều kiện làm việc nhất định.

3.2. Cách Tối Ưu Hóa Tham Số PID Cho Hệ Thống Lái Tàu

Việc kết hợp PID với các thuật toán thích nghi hoặc mạng nơ-ron có thể cải thiện hiệu suất của hệ thống. Thuật toán ước lượng bình phương tối thiểu đệ quy trực tuyến có thể được dùng để ước lượng mô hình toán con tàu. MATLAB Identification System có thể sử dụng cho công việc này.

3.3. Hạn chế của PID khi điều khiển tàu theo quỹ đạo

PID có thể khó duy trì quỹ đạo chính xác khi tàu phải đối mặt với gió, dòng chảy hoặc thay đổi tải trọng. Các thuật toán dẫn đường như Line-of-Sight (LOS) có thể giúp PID theo dõi quỹ đạo mong muốn.

IV. Giải Thuật Mạng Nơ Ron Thích Nghi ANNAI Điều Khiển Tàu

Giải thuật mạng nơ-ron thích nghi (ANNAI) là một phương pháp điều khiển hiện đại, có khả năng học hỏi và thích ứng với các điều kiện vận hành khác nhau của tàu. ANNAI có thể được sử dụng để thay thế hoặc kết hợp với PID, giúp cải thiện khả năng bám quỹ đạo và ổn định hướng đi của tàu. Luận văn của Nguyễn Hoàng Thiên An (2017) đã đề cập đến việc áp dụng giải thuật mạng nơ-ron để thiết kế bộ điều khiển góc mũi tàu.

4.1. Nguyên Lý Hoạt Động của Mạng Nơ Ron Thích Nghi ANNAI

ANNAI có khả năng học hỏi và thích ứng với các điều kiện vận hành khác nhau của tàu. ANNAI có thể được sử dụng để thay thế hoặc kết hợp với PID, giúp cải thiện khả năng bám quỹ đạo và ổn định hướng đi của tàu. Nó sử dụng phương pháp huấn luyện tương tác thích nghi.

4.2. Ứng Dụng ANNAI Trong Hệ Thống Lái Tự Động Tàu Thủy

ANNAI có thể được sử dụng để điều khiển góc mũi tàu, bám quỹ đạo, và ổn định hướng đi của tàu. Nó phù hợp với các hệ thống yêu cầu khả năng tự thích nghi và giảm chi phí so với hệ thống thông thường. ANNAI giúp giải quyết các tác vụ cao cấp thay thế cho con người.

4.3. Kết hợp ANNAI và PID để tối ưu hiệu suất

Việc kết hợp ANNAI và PID có thể tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp, tạo ra một hệ thống điều khiển mạnh mẽ và linh hoạt. ANNAI có thể điều chỉnh các tham số PID để thích ứng với các điều kiện vận hành khác nhau.

V. Thuật Toán Dẫn Đường Line of Sight LOS Cho Tàu Thủy

Thuật toán Line-of-Sight (LOS) là một phương pháp dẫn đường phổ biến cho tàu thủy, giúp tàu bám theo quỹ đạo định trước một cách hiệu quả. LOS tính toán góc lái cần thiết dựa trên vị trí hiện tại của tàu và điểm tham chiếu trên quỹ đạo. Sự kết hợp giữa LOS và các thuật toán điều khiển như PID hoặc ANNAI giúp tạo ra một hệ thống lái tự động hoàn chỉnh. Đỗ Nhật Minh (hướng dẫn bởi Nguyễn Duy Anh và Nguyễn Phùng Hưng) đã thiết kế một bộ điều khiển Fuzzy cho mô hình tàu Nomoto kết hợp với luật dẫn đường Line-of-Sight.

5.1. Nguyên Tắc Hoạt Động Của Thuật Toán LOS

LOS tính toán góc lái cần thiết dựa trên vị trí hiện tại của tàu và điểm tham chiếu trên quỹ đạo. Nó tạo ra một đường thẳng ảo từ tàu đến điểm tham chiếu, và điều chỉnh góc lái để tàu đi theo đường thẳng này. Khoảng cách dịch ngang cũng là một tham số quan trọng trong LOS.

5.2. Ưu Điểm và Hạn Chế Của Thuật Toán LOS

Ưu điểm của LOS là đơn giản, dễ cài đặt và hiệu quả trong việc bám quỹ đạo. Tuy nhiên, LOS có thể gặp khó khăn trong các tình huống có gió hoặc dòng chảy mạnh. Để khắc phục điểm yếu này, nên kết hợp bộ điều khiển ANNAI để thích nghi với những thay đổi bất ngờ.

5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của LOS

Gió và dòng chảy có thể làm lệch hướng tàu so với quỹ đạo mong muốn. Việc điều chỉnh tham số của LOS, chẳng hạn như khoảng cách quan sát, có thể cải thiện hiệu suất trong các điều kiện khác nhau. Việc tích hợp cảm biến cho hệ thống lái tự động có thể khắc phục điều này.

VI. Ứng Dụng và Kết Quả Thực Nghiệm Hệ Thống Lái Tự Động

Việc áp dụng các thuật toán điều khiển và dẫn đường vào thực tế mang lại nhiều lợi ích cho ngành hàng hải. Các hệ thống lái tự động giúp tăng cường an toàn, giảm chi phí vận hành và cải thiện hiệu quả khai thác tàu. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự kết hợp giữa PID hoặc ANNAI với LOS có thể đạt được độ chính xác cao trong việc bám quỹ đạo. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các thuật toán điều khiển hiện đại có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến hệ thống lái tự động. Cần phải có thêm các nghiên cứu để mở rộng hơn nữa phạm vi ứng dụng trong tương lai.

6.1. Đánh Giá Hiệu Quả của Hệ Thống Lái Tự Động Trong Thực Tế

Các hệ thống lái tự động giúp tăng cường an toàn, giảm chi phí vận hành và cải thiện hiệu quả khai thác tàu. Chúng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ tàu vận tải hàng hóa đến tàu nghiên cứu khoa học.

6.2. Phân Tích Kết Quả Thực Nghiệm và So Sánh Các Phương Pháp

Kết quả thực nghiệm cho thấy sự kết hợp giữa PID hoặc ANNAI với LOS có thể đạt được độ chính xác cao trong việc bám quỹ đạo. ANNAI có khả năng thích ứng tốt hơn với các điều kiện vận hành khác nhau so với PID. Cần phải có thêm các nghiên cứu để mở rộng hơn nữa phạm vi ứng dụng trong tương lai.

6.3. Áp dụng mô phỏng để kiểm chứng hệ thống

Mô phỏng giúp kiểm tra và tối ưu hóa các thuật toán điều khiển trước khi triển khai trên tàu thực tế. MATLAB và Simulink là các công cụ phổ biến để mô phỏng hệ thống lái tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM NGUYEN HOÀNG THIÊN AN DESIGN AND CONTROL AUTOPILOT SYSTEM FOR A MODEL SHIP Chuyén nganh: Ky Thuat Co Dién Tu Ma so: 6052114 LUẬN VĂN THAC SĨ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG —HCM Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: PGS.

TS Nguyễn Duy Anh. (Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét I: TS. (Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. (Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHỌG Tp.

HCM ngày 21 tháng 12 năm 2017. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. TS Nguyễn Phùng Hưng. Lê Thanh Hải.

Ngô Ha Quang Thịnh —. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyền ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HOI CHỦ NGHĨA VIỆT TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYÊN HOANG THIEN AN MSHV: 1570344 Ngày, tháng, năm sinh: 26/06/1990 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số : 60520114 I. TÊN ĐÈ TÀI : Thiết kế và điều khiến hệ thống lái tự động cho mô hình tàu thủy Il.

NHIEM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu động lực học con tàu, mô hình tuyến tính Nomoto điều khiến sóc mỗi tau (Heading angle). - Ap dụng giải thuật mang no-ron thiết kế bộ điều khiến góc mũi tau. - Ap dụng giải thuật Line-of-Sight thiết kế bộ dẫn hướng tau bám quỹ đạo cho trước. - Ap dụng giải thuật vào mô phỏng và mô hình để kiểm chứng kết quả và hiệu chỉnh.

NGÀY GIAO NHIỆM VU: .G G ST S E E111 gi IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VỤU:. CÁN BỘ HƯỚNG DAN : PGS. TS NGUYEN DUY ANH Tp.

CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên và chữ ký) LỜI CÁM ƠN Xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sac đến quý Thây, Cô, đặc biệt nhất là Thây Nguyễn Duy Anh, đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu giúp tôi vững vàng hoàn thành dé tai này. Đồng thời tạo nền tang tri thức giúp tôi tiếp tục nghiên cứu và làm việc. Xin cảm ơn Thầy Nguyễn Phùng Hưng, đã cho phép và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực nghiệm luận văn nay. Xin cảm ơn những bạn bẻ và đồng nghiệp luôn quan tâm và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tải.

Xin cam ơn Gia đình đã luôn bên cạnh tôi. Trân trọng cảm on! Tp. HCM, ngày 4 tháng 12 năm 2017 Nguyễn Hoàng Thiên An TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ thống lái tự động có giá tri cho nhiều ứng dụng như là: hải dương học, quân sự, vận chuyển hang hải. những ứng dụng này thường yêu cầu khả năng tự thích nghỉ tốt và giảm chỉ phí so với hệ thống thông thường.

Luận văn này tập trung vào thiết kế và mô phỏng bộ điều khiến sử dụng giải thuật mạng nơ-ron sử dụng phương pháp huấn luyện tương tác thích nghi Adaptive Neural Network Adaptive Interaction (ANNAT) kết hợp với thuật toán chỉ đường Line-of-Sight (LOS) nhằm tim ra sự điều khiến tối ưu cho bánh lái giúp con tau đi theo một quỹ đạo xác định trước và được kiểm chứng băng mô phỏng Matlab và thực nghiệm trên mô hình thực tế. Kết quả xác thực hiệu quả của thuật toán ABSTRACT Autopilot system are valuable for many applications, such as: oceanographic, military purposes, maritime transport,. which offer greater self- adaptive capacity and cost-effectiveness compared to traditional systems. This thesis focus on design and simulation a Adaptive Neural Network Adaptive Interaction (ANN) course-keeping autopilot of an USV with the Line of Sight (LOS) guidance law.

The ANNAI-controller for USV is verified by Matlab simulation and real experiment. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : Luận văn thạc sĩ với dé tài “THIET KE VA DIEU KHIEN HE THONG LAI TỰ ĐỘNG CHO MÔ HÌNH TAU THUY” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Duy Anh. Các nội dung nghiên cứu, kết quá trong dé tài này là trung thực.

Những số liệu trong các bảng biéu phục vu cho việc phân tích, nhận xét và đánh giá được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phan tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về công trình nghiên cứu của mình! Tp. HCM, ngày 4 tháng 12 năm 2017. Nguyễn Hoàng Thiên An MỤC LỤC CHUONG 1.

TONG QUAN102 ăăằăằăằằằằ ta | 1.1 Ly do chọn để tài. ác s tt T3 E1 E1 12151 1 1 ET111111111 11T T111 1E Tre ren | 1.2 Giới thiệu chung về máy lái tự động tàu thỦy.--- St xxx EEEEEEEESrErkskererrrees 2 I.3 Tinh hình nghiên CỨU.4 Mục tiêu, nội dung cu thé của để tài. -- Ta HT HT TH ng THY TH TH Hee nrưyn: 6 1.5 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu.1 Đối tượng nghiên CỨU:. 5c 2 1 1t 1E EEEE1 11x E1 EEEETE TH re 7 1.2 Pham vi nghién na.3 Giới hạn của đề tai: ooccccccccccccccccccccceccsseccsssevessssessessesevassesassesatsevassesacsevessevatsecassees 7 1.4 Phương pháp nghiên CỨU: .6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài.- 2-5: t2 1xx E12 EEEerrrrrrereren 8 CHƯƠNG 2.

XÂY DUNG MO HÌNH. Giới thiệu thành phần hệ thống lái tự động:. Phân tích động hoc — động lực học con tau. Các hệ trục toa độ tham Chi.

Sự chuyên đổi giữa hệ trục body va Ned oo. Động lực học vật TAM COM ra4 13 2. Lý thuyết điều động tàu.--- St n1 11v E2 E111 1x7 T111 egr gen 16 2. Mô hình điều động tàu mặt phang ngang (3-DOP).

Tuyến tính hoá mô hình điều động tàu .- 5-5 SE SE‡E‡EvEEEvEErkrerreree 17 CHƯƠNG 3. HE THONG PID VÀ NƠ-RON THÍCH NGHI PID CHO VIỆC DIEU KHIỂN TAU THEO QUY DAO 5. TỔng Quan ooo.2 Han chế của khâu vi phân D oo.3 Hiện tượng windup do khâu tích phân Ì.4 Bộ điều khiển PID rời 1aC occ ccccccccseesesseesesseeseesseeseeseestessecsiestesesseesneaseeses 22 3.5 Ước lượng thong số của mô hình tau thi nghiệm sử dung Matlab Identification System 8919100122727 —ẪnẪẪẪm. Bộ điều khiển ANNAI,.

Giới thiệu bộ điều khiển nơ-ron thích nghi tương tác (ANNAI). Hệ thống điều khiến tàu theo quỹ đạo kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI va thuật toán LOS (chưa đến khoảng cách dịch ngang).- 75c ccss sex szez 25 3. Ảnh hưởng của ngoại cảnh đến quỹ đạo của tàu. Hệ thống điều khiến tau theo quỹ đạo kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS (có tính dén khoảng cách dịch ngang).

Bộ điều khiển ANNAI kết hợp với PID.-- ¿+ +3 E2 E131 EEEEEEEEEEErkerererrrees 34 CHƯƠNG 4 MÔ PHỞÒỎNG. Mô phỏng đáp ứng bộ điều khiển PID. SE S12E SE 3 EEEEEEEEEEESEEEEErrrrrerrkd 37 4. Mô hình toán hệ thống mô hình tàu thủy cho mô phỏng.

Mô phỏng tìm hệ số bộ điều khiển PIID. Mô phỏng sự kết hợp giữa bộ điều khiển PID và thuật toán LOS. Mô phỏng sự kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS (chưa tính đến [41 101384)10i8ì1511 28 Ẻnn. Mô phỏng sự kết hop giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS(có tinh đến [41 101384)10i8ì1511 28 Ẻnn.

Mô phỏng bộ điều khiển PID kết hợp ANNAI.- 5c 22c E+EcEcEvEEEerrksrrrsree 45 CHƯƠNG 5. KET QUÁ THỰC NGHIỆM.1 Trạm điều khiển trên bờ. - Sa SE S113 E91 18 5811515515111 E515 18155 E151 EEEE Ea 48 5.2 Tram đặt trên con fàu. - - -- - LG c G1111 2111 TS TS TT nu 49 5.2 Thực nghiệm bộ điều khiển PID kết hợp thuật toán LOS.1 Thực nghiệm ước lượng mô hình thông số con tau thực nghiệm bang Matlab System Identification 'TOOÏDOX.2 Kết quả ước lượng mô hình hàm truyền Nomoto .3 Kết quả thực nghiệm bộ PID kết hợp thuật toán LOS.

Mô phỏng kết hợp bộ điều khiển PID kết hợp ANNAI. Tổng kết thực nghiệm oo. ccccccccececcsscevscscsesecececevscevsussesecevecsvsnsvesavevecevevsvensecesees 58 TÀI LIEU THAM KHẢO. Sa S n1 101515515131 11 151115111 1555151 1115511551851 rei 59 DANH MỤC HÌNH ANH Hình 1.1: Tau thủy thực tế vận hành.

+ + 2 6S E+ESEESE+EeEEEEEEEEEEEEEEEEErErkrkrkrrere 2 Hình 1.2: Mô hình tổng quan hệ thống máy lái tự động tàu thủy.3: Con tàu Kassboll 19 được su dụng cho thực nghiệm .4: Con tàu không người lái Ribcraft USV .cccSSSSSSS reeerey 4 Hình 1.5: Mô hình tàu FRP của trường đại học NTO.1: Cac thanh phan co ban cua mot hé thống lái tự động.2: Các hệ toa độ tham chiẾu.--¿--c:5cc+cxtsrxtsrttrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrre 10 Hình 2.3: Hệ trục toa độ và các đại lượng .4: Mô hình điều động tau trên mặt phăng ngang .1: Cau trúc bộ điều khiển PID.---¿-5c++cxt+rxtsrxsrrtrrtrsrrrrrrrrrrrrrreg 20 Hình 3.2: PID với tracking antTWindUup.3: Mô tả kết quả rời rac khâu I theo 3 phương pháp rời rac khác nhau.4: Giao diện Matlab System Identification ToolBOx.5: Cấu trúc mạng nơ-ron điều khiến ANNAI.6: Hệ thống điều khiến tau theo quỹ đạo kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI \GN)210:01088090ÐS121177.7: Cấu trúc hệ thong điều khiển hướng ANNAI.--5-5-c+cs+csrereced 27 Hinh 3.8: Điều khiến tau theo quỹ dao sử dụng thuật toán LOS dưới ảnh hưởng của 9001509017 --.9: Hệ thống điều khiến tau theo quỹ đạo kết hợp giữa bộ điều khiển ANNAI và thuật toán LOS (khoảng cách dịch ngang được tính đến).10: Tính toán tín hiệu dẫn đường LOS .- 5 + + sex sE+EeEekeererseeed 31 Hinh 3.11: Điểm bắt đầu chuyển hướng (wheel over point) và khoảng cách chuyển 0160:0177 =Ằ.12: Cau trúc hệ thống điều khiến tàu theo quỹ đạo sử dụng khoảng cách dich chuyển ngang va thành phan vi, tích phân.- - - + + +EE*EEEE+E+k£E+E+EeeeEeeeeseee 34 Hình 4.1: Máy lái tự động dùng bộ điều khiển PID. - 2 2 +s+E+EE+EeEerxzxez 37 Hình 4.2: Mô hình bánh lái .-- 2-5-2 S2 EEE£E+EE£E#EEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErErrkrkrre 37 Hình 4.3: So đồ Simulink xác định Ky vả Ty ecccccscssssessssesessssesessssesessssessssesseeseseees 38 Hình 4. --- -- << <1 E111 E3 E E9 KH ng 38 Hình 4.5: Dap ứng bộ điều khiển PID. -- 2-2 k+E+ESEE£E+E#ESESEEEErErEerrererered 39 Hình 4.6: Bam quỹ đạo bộ điều khiến PID kết hợp LOS .7: Điều khiến hướng bộ điều khiến PID kết hợp LOS.8: Góc bánh lái bộ điều khiển PID kết hợp LOS .9: Bam quỹ đạo ANNAI + LOS.

HH HH HH HH ng 1v ng 4] Hình 4.10: Điều khiển hướng ANNAI kết hop LOS .11: Góc bánh lái ANNAI kết hop LOS.- - + + + + xxx ck+keveeeeeeeree 42 Hình 4.12: Bam quỹ đạo ANNAI kết hợp LOS có dịch ngang .13: Điều khiển hướng ANNAI kết hop LOS có dịch ngang.14: Góc bánh lái ANNAI kết hợp LOS có dịch ngang .15: Dich ngangli grrdddtdt.16: Vận tốc dòng Chay.17: Dòng chảy va 210. 0111 S S1 ng 00011 11k kh re 44 Hình 4.