Bài viết này mô tả thiết kế USV với cấu trúc linh hoạt, phát triển thuật tóa n điều khiển đã được áp dụng trong mô phỏng và thực nghiệm. Mô hình hóa USV được phát triển để nhanh chóng trong việc triển khai thiết kế, phát triển và xây dựng bộ điều khiển.
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THUYỀN KHÔNG NGƯỜI LÁI (USVUNMANNED SURFACE VEHICLE) Nguyễn Đăng Khoa*, Đặng Cao Cường, Bùi Quốc Chiến Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: 1411828@hcmut.edu.vn TĨM TẮT Thuyền không người lái (Unmanned Surface Vehicle -USV) trở thành phương tiện phổ biến giới, sử dụng loạt ứng dụng Với yêu cầu đó, việc thiết kế xây dựng hệ thống USV diễn sôi nổi, đồng thời đạt số kết mong đợi Bài viết mô tả thiết kế USV với cấu trúc linh hoạt, phát triển thuật tóa n điều khiển áp dụng mơ thực nghiệm Mơ hình hóa USV phát triển để nhanh chóng việc triển khai thiết kế, phát triển xây dựng điều khiển Với kết mô thực nghiệm chứng minh hệ thống điều khiển, thuật tóa n dẫn đường LOS điều khiển PID cho thấy hiệu suất tốt, tính khả thi độ tin cậy hệ thống điều khiển thiết kế Từ khóa: Hướng dẫn, đường dẫn, đường ngắm DESIGN AND CONTROL UNMANNED SURFACE VEHICLE USV Nguyen Dang Khoa*, Dang Cao Cuong, Bui Quoc Chien University of Technology – VNU Ho Chi Minh City *Corresponding Author: 1411828@hcmut.edu.vn ABSTRACT Unmanned Surface Vehicle (USV) has become a popular vehicle in the world, has been used in a variety of applications.For that purpose,It is necessary to design and develop USV systems, and the results have been as expected This article describes the design of USV with flexible structure, control algorithms that have been applied in simulation and experiment USV modeling was developed to rapidly deploy design and develope controllers With simulation and experimental results it has been demonstrated that control systems, LOS routing algorithms and PID controllers show good performance feasibility and reliability Keyword: Guidance, path-following, line of sight TỔNG QUAN Ngày nhiều ứng dụng thực tế việc khảo sát sông, hồ, biển,… thúc đẩy môi trường sống người bị thu hẹp dần cần tìm nguồn tài nguyên, mơi trường đảm bảo an tồn cho khu vực sinh sống Đối mặt với vấn đề nhiều ứng dụng phát triển số tàu tự hành mặt nước để thu thập số liệu Chúng thiết kế dựa nhiệm vụ cụ thể, bên cạnh chúng không bị hạn chế môi trường nguy hiểm người, chẳng hạn môi trường hạt nhân chất thải bị ô nhiễm Ở số quốc gia, USV bắt đầu thực nhiệm vụ nguy hiểm ứng dụng quân dân Với hệ thống định vị toàn cầu (GPS) trở nên nhỏ gọn, hiệu giá vừa phải, hệ thống liệu không dây băng thông cao tạo thuận lợi phát triển USV nhiều ứng dụng 506 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Muốn phát triển tàu tự hành cần có hệ thống dẫn đường điều khiển tự động để tàu tự theo quỹ đạo định trước Trong hệ thống điều khiển, nhà nghiên cứu tập trung vào khía cạnh điều hướng, dẫn đường, tránh vật cản vật cản để tăng cường khả USV Trong đề tài này, hệ thống điều khiển bao gồm cấu trúc phần cứng phần mềm, điều hướng điều khiển phát triển để đáp ứng nhu cầu khác thực nghiệm điều khiển góc heading, bám điểm vv Xây dựng Guidance để tạo đường dẫn phương pháp LOS thiết kế điều khiển để bám theo góc heading mong muốn Ngồi ra, kết mơ thử nghiệm thực trình bày NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để tăng tính ổn định cho USV, tàu kiểu catamaran chọn để thiết kế Nó bao gồm hai thân tàu, hệ thống đẩy, hệ thống điều khiển cảm biến Kiến trúc phần cứng Board định vị kết nối với cảm biến bao gồm đơn vị đo quán tính (IMU) hệ thống định vị tồn cầu (GPS) Hệ thống USV truy cập không dây RF để truyền/nhận lệnh từ trạm mặt đất gửi chúng đến board để đưa định điều khiển Dựa vào sơ đồ trên, STM32F4 đóng vai trị xử lý trung tâm Nó có nhiệm vụ đọc tín hiệu trả từ GPS, IMU tín hiệu điều khiển gửi từ máy tính thơng qua sóng RF Sau đó, STM32F4 điều khiển động để đáp ứng yêu cầu đặt Cấu trúc phần mềm Nhiệm vụ USV gửi từ trạm giám sát mặt đất sau USV lựa chọn thực nhiệm vụ khác lựa chọn chế độ điều Kỷ yếu khoa học khiển,giải thuật điều khiển,… Các tham số gửi đến xử lý trung tâm để thực nhiệm vụ điều khiển từ xa, điều khiển góc heading Vai trị trạm mặt đất thiết bị đầu cuối cho người dùng cuối giám sát điều khiển cho USV thông qua kênh truyền thơng RF Sau bắt đầu chương trình GUI, người dùng yêu cầu chọn chế độ điều khiển điều khiển từ xa tự động Với vòng lặp 100ms (10Hz), hệ thống giám sát mặt đất cập nhật xác hiển thị trạng thái USV thông qua biểu đồ đường thời gian xem đồ KẾT QUẢ Kết điều khiển góc heading áp dụng thực nghiệm với kết vọt lố nằm phạm vi độ Nói chung, kết thực nghiệm cho thấy hội tụ tốt với góc heading mong muốn Trong thực nghiệm bám qua điểm waypoint cho trước, USV điều khiển để bám bốn điểm định sẵn xác định trước P1 P2 P3 P4 USV bắt đầu điểm S Để kiểm tra thuật tóa n LOS điều khiển góc heading mơ tả phần trước Kết thực nghiệm thể hình với bốn điểm waypoint mong muốn KẾT LUẬN Trong viết ta trình bày phương hướng giải thiết kế Guidance Controller Các kết thu qua mô phù hợp khả quan với thực tế Tàu có khả hội tụ đường mong muốn điều cho thấy tính xác Guidance chất lượng Controller Tuy nhiên, tất thử nghiệm với điều kiện tương đối yên tĩnh, tốc độ hướng không đổi Việc 507 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 điều chỉnh điều khiển để PID tốt xử lý điều kiện thời tiết khắc nghiệt gây thay đổi lớn tốc độ hành trình Kỷ yếu khoa học thay đổi nhanh theo hướng Điều hy vọng giảm bớt lắc lư làm cho điều khiển đáng tin cậy ổn định TÀI LIỆU THAM KHẢO J BROWN, C TUGGLE, J MACMAHAN, AND A RENIERS The use of autonomous vehicles for spatially measuring mean velocity profiles in rivers and estuaries Intelligent Service Robotics, vol 4, pp 233–244, Oct 2011 R MURPHY, E STEIMLE, M HALL, M LINDEMUTH, D TREJO, S HURLEBAUS, Z MEDINA-CETINA, AND D SLOCUM RobotAssisted Bridge Inspection Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol 64, pp 77–95, Oct 2011 S CAMPBELL, W NAEEM, AND G IRWIN A review on improving the autonomy of unmanned surface vehicles through intelligent collision avoidance manoeuvres Annual Reviews in Control, vol 36, pp 267– 283, Dec 2012 508 ... độ điều Kỷ yếu khoa học khiển, giải thuật điều khiển, … Các tham số gửi đến xử lý trung tâm để thực nhiệm vụ điều khiển từ xa, điều khiển góc heading Vai trị trạm mặt đất thiết bị đầu cuối cho người. .. định điều khiển Dựa vào sơ đồ trên, STM32F4 đóng vai trị xử lý trung tâm Nó có nhiệm vụ đọc tín hiệu trả từ GPS, IMU tín hiệu điều khiển gửi từ máy tính thơng qua sóng RF Sau đó, STM32F4 điều khiển. .. khả USV Trong đề tài này, hệ thống điều khiển bao gồm cấu trúc phần cứng phần mềm, điều hướng điều khiển phát triển để đáp ứng nhu cầu khác thực nghiệm điều khiển góc heading, bám điểm vv Xây