Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Xây dựng bộ điều khiển trượt cho mô hình robot dưới nước áp dụng theo phương ngang

Ĉһt vҩQÿӅ

Quy mô thӏ WUѭӡQJURERWGѭӟLQѭӟc toàn cҫXѭӟc tính khoҧng 2,52 tӹ USD vào QăPYjGӵ kiӃn sӁ ÿҥt tӕFÿӝ CAGR là 13,5% tӯ QăPÿӃQQăP TiӅPQăQJVӱ dөQJURERWWURQJJLiPViWGѭӟLQѭӟFYjWKăPGzGҫXNKtQJRjLNKѫL dӵ kiӃn sӁ WK~Fÿҭ\WăQJWUѭӣng thӏ WUѭӡng kinh tӃ hàng hҧi so vӟi các dӵ EiRÿm ÿѭӧFÿһt ra Ví dөSKѭѫQJWLӋn hoҥWÿӝng tӯ [D529ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi cho các hoҥWÿӝng khoan, phát triӇn, sӱa chӳa và bҧo trì cho hoҥWÿӝng khai thác dҫu khí QJRjLNKѫLÿӗng thӡi khҳc phөc nhӳng hҥn chӃ cӫa thӧ lһQGѭӟLQѭӟc

+ѫQQӳa, viӋc áp dөQJURERWQJj\FjQJWăQJWURQJFiFӭng dөng quӕc phòng và an ninh dӵ kiӃn sӁ WK~Fÿҭ\WăQJWUѭӣng thӏ WUѭӡQJWURQJYjLQăPWӟL5RERWÿmÿѭӧc sӱ dөng trong sҧn xuҩWWURQJYjLQăPTXD6ӵ phát triӇQYѭӧt bұc trong nhӳQJQăPTXD ÿmNKLӃn chúng trӣ QrQWLQKYLYjÿiQJWLQFұ\KѫQFKRӭng dөng thӵc thi trong quân sӵ và an ninh

Hình 1.1 Sӕ liӋu thӕng kê vӅ mӭFÿӝ WăQJWUѭӣng cӫa thӏ WUѭӡng robot lһn ROVs và

2 Tình hình nghiên cӭu và phát triӇn robot lһn ӣ ViӋW1DPÿmFyQKӳng tiӃn bӝ ÿiQJ kӇ WURQJKѫQQӱa thұp kӹ qua Bên cҥnh các loҥLURERWÿmSKiWWULӇn và phә biӃn trong thӡi gian gҫQ ÿk\ QKѭ WD\ Pi\ 5RERW 0DQLSXODWRUV URERW VLQK Kӑc (Bio ,QVSLUHG 5RERWV URERW GL ÿӝng (Mobile Robots), robot tӵ hành trên mһW ÿҩt (AGVs), robot tӵ hành trờn mһF QѭӟF 869Vô WKu URERW Wӵ KjQK GѭӟL Qѭӟc 529V 869V $89V QJj\ FjQJ ÿyQJ Pӝt vai trò quan trӑQJ WURQJ Fѫ FҩX ÿӏnh Kѭӟng phát triӇn kinh tӃ biӇn Vӟi lӧi thӃ vӅ vӏ WUtÿӏa lý khi ViӋt Nam nҵm ӣ cөc ÿ{QJFӫDEiQÿҧRĈ{QJ'ѭѫQJOjFӱa ngӓ biӇQFKRFiFQѭӟFWUrQEiQÿҧRĈ{QJ 'ѭѫQJYjNKXYӵc kinh tӃ Tây Nam Trung QuӕF1ѭӟc ta hӝi tө ÿҫ\ÿӫ các yӃu tӕ không chӍ ÿӇ phát triӇn giao thông vұn tҧi mà còn sӣ hӳu tiӅPQăQJWURQJQӅn kinh tӃ biӇQ Ĉһc biӋt, vӟi tәng chiӅX GjL ÿѭӡng bӡ biӇQ KѫQ NP Yӟi diӋn tích chiӇm khoҧng 1.000.000 km 2 biӇQĈ{QJ&iFKRҥWÿӝng kinh tӃ, khoa hӑc, du lӏch và bҧo vӋ chӫ quyӅn trên biӇQÿҧRÿyQJYDLWUzKӃt sӭc quan trӑng Hàng loҥt công WUuQKQKѭFҫu cҧQJJLjQNKRDQÿѭӡng ӕng dүn dҫXQKjJLjQÿmYjÿDQJÿѭӧc xây dӵng Cùng lúc phát sinh nhӳng vҩQÿӅ vӅ WKăPGzNKҧo sát và thӵc hiӋn các nhiӋm vө GѭӟL Qѭӟc, cӭu hӝ cӭu nҥn, trөc vӟWô 9u Yұy viӋc nghiờn cӭu phỏt triӇn cỏc thiӃt bӏ hoҥWÿӝQJGѭӟLQѭӟc là mӝt trong nhӳng nhiӋm vө cҩp thiӃWÿӇ nҳm lӧi thӃ vӅ biӇn và tài nguyên biӇn a) Lightweight AUV

Hình 1.2 Các loҥi AUV dҥQJQJѭO{L 'R ÿy QKXcҫu nҳm bҳt công nghӋ vӅ thiӃt kӃ Yj ÿLӅu khiӇn robot lһn tӵ hành (AUVs) là nhu cҩu cҩp thiӃt và cҫQÿѭӧFÿҭy mҥQKÿҫXWѭQJKLrQFӭu Vӟi nhӳng tiӅPQăQJYӅ WjLQJX\rQP{LWUѭӡQJFKѭDÿѭӧc khai thác hӃt hiӋn nay ӣ ViӋt Nam, thӏ WUѭӡng nghiên cӭu robot lһn tӵ hành sӁ sӟm trӣ thành tiӅm lӵFKjQJÿҫu trong ngành hàng hҧi, nhҩt là trong thӡLÿҥi công nghӋ 4.0 Nhұn thҩ\ÿѭӧc nhӳng khҧ QăQJQӝi tҥi có thӇ phát triӇQWURQJWѭѫQJODLYjPөFWLrXÿyQÿҫu công nghӋ, trong phҥm vi luұQYăQWKҥFVƭQj\W{L[LQÿӅ xuҩt nghiên cӭu và xây dӵng mô hình robot lһn AUV, áp dөng các giҧi thuұWÿLӅu khiӇn tӕLѭXÿӇ robot có thӇ hoҥWÿӝng әQÿӏnh ӣ ÿӝ sâu 50m phөc vө công tác khҧRViWP{LWUѭӡQJÿi\V{QJÿi\ELӇn và khҧo sát P{LWUѭӡQJQѭӟc

1.2 Tәng quan tình hình nghiên cӭu tronJYjQJRjLQѭӟc

Hình 1.3 Lӏch sӱ phát triӇn cӫa robot lһn theo thӕng kê cӫa SAAB

&iFSKѭѫQJWLӋn di chuyӇQGѭӟLQѭӟFQKѭÿmÿѭӧc nghiên cӭu trên thӃ giӟi tӯ ÿҫu thӃ kӍ XVIII Bҳt nguӗn tӯ vҩQÿӅ nghiên cӭXÿҥLGѭѫQJQKӳng thiӃt bӏ lһn có QJѭӡi lái bên (Manned Underwater Submersible) lҫQ OѭӧW ÿѭӧc chӃ tҥo Tӯ mӕi quan tâm an toàn cho nJѭӡL ÿLӅu khiӇQ WURQJ P{L WUѭӡQJ QѭӟF ÿӃn sӵ phát triӇn không ngӯng cӫa khoa hӑc kӻ thuұW ÿm GүQ ÿӃQ ê Wѭӣng nghiên cӭu, phát triӇn nhӳng thiӃt bӏ lһQNK{QJQJѭӡi lái (Unmanned Submersible) Các thiӃt bӏ Qj\ÿѭӧc chia làm 2 loҥL ÿLӅu khiӇn bҵng dây (Tethered) và không dây (Untethered) Cho ÿӃn ngày nay, nhӳng thiӃt bӏ 529ÿmÿyQJYDLWUzFKtQKWKD\WKӃ hҫu hӃt các nhiӋm vө ÿѭӧc giao cho nhӳng thiӃt bӏ lһQ Fy QJѭӡi lái Tuy nhiên, viӋc sӱ dөng cӫa nhӳng thiӃt bӏ ROV hiӋn nay vүn bӏ hҥn chӃ trong mӝt sӕ ӭng dөng vì chi phí vұn hành cao, phҥm vi hoҥWÿӝng nhӓ, phө thuӝc sӭc khӓe cӫDQJѭӡi vұn hành, vҩQÿӅ DQWRjQNKLÿLӅu khiӇQô

Do bӣi sӵ hҥn chӃ cӫa nhӳng thiӃt bӏ lһQFy QJѭӡi lái (Manned Submersible) và thiӃt bӏ lһQ NK{QJ QJѭӡL OiL ÿLӅu khiӇn bҵng dây (Tethered Unmanned Submersible), các thiӃt bӏ lһQ NK{QJ QJѭӡL OiL ÿLӅu khiӇn không dây, tiêu biӇu là thiӃt bӏ lһn tӵ hành $89 $XWRQRPRXV 8QGHUZDWHU 9HKLFOH ÿm EҳW ÿҫX ÿѭӧc nghiên cӭu tӯ nhӳQJ QăP [2] [3] Các thiӃt bӏ này có khҧ QăQJ KRҥW ÿӝng trong nhiӅu dҥQJP{LWUѭӡng khác nhau tӯ sông ngòi, vùng biӇQÿӃn các vùng lҥnh giá khҳc nghiӋt ӣ KDLÿҫu cӵc Ngày nay, cùng vӟi viӋc phát triӇn cӫa các dҥng vұt liӋu mӟi, kӻ thuұt máy tính, thiӃt bӏ cҧm biӃQFǊQJQKѭVӵ tiӃn bӝ vӅ lý thuyӃWÿLӅu khiӇn robot, hàng loҥt các dҥng AUV nhӓ gӑn, tiên tiӃQWK{QJPLQKYjÿiQJWLQFұy ÿmÿѭӧc chӃ tҥRYjÿѭDYjRӭng dөng trong nhiӅXOƭQKYӵc: ắ 7K˱˯QJP̩i: Cụng nghiӋp dҫu khớ sӱ dөQJ $89 ÿӇ quan trҳc chi tiӃt, phỏc thҧo bҧQÿӗ ÿi\ELӇQWUѭӟc khi bҳWÿҫu xây dӵng các FѫVӣ hҥ tҫQJGѭӟi biӇn và bҧR GѭӥQJ FiF ÿѭӡng ӕng dүn dҫu vӟi giá thành kinh tӃ nhҩt, ít gây tác ÿӝQJÿӃQP{LWUѭӡng nhҩW$89FǊQJJL~SFKRFiFF{QJW\WKăPGzWKӵc hiӋn các quan trҳc chính xác tҥi nhӳng vùng mà các kӻ thuұt quan trҳF ÿӝ sâu truyӅn thӕng thӵc hiӋn không hiӋu quҧ hoһc kinh phí cao

5 ắ Quõn s͹: NhiӋm vө quõn sӵ tiờu biӇu cho AUV là vӁ bҧQÿӗ mӝt khu vӵFÿӇ

[iFÿӏnh và phá hӫy thӫy lôi hay giám sát mӝt khu vӵc cҫn bҧo vӋ (cҧng, bӃn tàu) tránh nhӳQJ ÿӕL Wѭӧng xâm nhұS NK{QJ [iF ÿӏQK $89 FǊQJ ÿѭӧc sӱ dөng trong chiӃn tranh chӕng tàu ngҫm, trinh sát, hӛ trӧ phát hiӋQ WjX ÿӏch Nhӡ NtFKWKѭӟc nhӓ gӑn và khҧ QăQJOһn sâu, luӗn lách tӕt nên robot AUV khó bӏ ÿӕL SKѭѫQJ SKiW KLӋn và có thӇ dӉ dàng tiӃp cұQ ÿѭӧc nhӳng mөc tiêu ӣ nhӳQJYQJQѭӟc sâu hoһFYQJFyÿӏDKuQKÿi\ELӇn phӭc tҥp, mà các tàu nәi và tàu ngҫm lӟn khú tiӃp cұn NhiӅXFѭӡng quӕc quõn sӵ QKѭ0ӻ1JD$QKô ÿmFKӃ tҥo thành công nhiӅu robot lһQ$89Gѭӟi biӇn, có nhӳQJWtQKQăQJKӃt sӭc hiӋQ ÿҥi NhiӅX Qѭӟc ven biӇQ NKiF FǊQJ ÿDQJ WLӃn hành nghiên cӭu và mong muӕn sӣ hӳu nhӳng robot lһn tӕLWkQQKѭYұy ắ Nghiờn cͱu: Cỏc nhà nghiờn cӭu sӱ dөQJ$89ÿӇ khҧo sỏt, quan trҳc sụng hӗ, ÿҥLGѭѫQJYjÿi\ELӇn Sӵ tích hӧp các loҥi cҧm biӃn khác nhau vào AUV sӁ JL~SÿRÿҥc các thông sӕ vӅ nhiӋWÿӝ, S+ÿӝ ÿөFÿӝ sâu, vұn tӕFGzQJQѭӟc, hỡnh ҧnh quột mһWÿi\ôYӟLÿӝ FKtQK[iF FDR KѫQKҷn nhӳQJSKѭѫQJSKiS quan trҳc truyӅn thӕQJWUѭӟFÿy

1.2.1 Tình hình nghiên cӭu ngoài Qѭӟc

MһF G FKR ÿӃQ QD\ ÿm Fy WUrQ KӋ thӕQJ ÿѭӧc thiӃt kӃ và chӃ tҥR QKѭQJ AUV vүQÿѭӧc coi là công nghӋ mӟi [3] Nguӗn gӕc cӫa AUV có lӁ OLrQTXDQÿӃn QJѭO{LWӵ di chuyӇQ³)LVK´GR:KLWHKHDGWKLӃt kӃ, chӃ tҥo và thӱ nghiӋm lҫQÿҫu WLrQYjRQăP1JѭO{LQj\FyYұn tӕFPVYjÿLGѭӧFP3KѭѫQJWLӋn di chuyӇn bҵng khí nén và mang mӝt khӕi chҩt nә NӃu bӓ qua viӋc mang chҩt nә thì nó có thӇ ÿѭӧF[HPOj$89ÿҫu tiên

HӋ thӕng REMUS cӫD:+2,ÿѭӧc phát triӇn vào cuӕi nhӳQJQăPÿӇ hӛ trӧ cho viӋc nghiên cӭu khoa hӑc ӣ ÿjL WKLrQ YăQ /(2-15 thuӝF 7XFNHUWRQ 5(086 ÿm hoàn thành nhiӋm vө khoa hӑFÿҫu tiên cӫDPuQKYjRQăP>4@3KѭѫQJWLӋn nһng 36kg, có thӇ hoҥW ÿӝng liên tөc 20 giӡ vӟi vұn tӕc 1,5m/s ӣ ÿӝ sâu 100 m HiӋQQD\ÿm Fy WUrQKӋ thӕng REMUS vӟi 20 cҩXKuQK NKiF QKDX +jQJ WUăPQJѭӡL ÿm ÿѭӧc huҩn luyӋn sӱ dөng thành thҥo hӋ thӕng Sӕ nhiӋm vө khoa hӑc

6 5(086ÿmWKӵc hiên không thӇ WtQKÿѭӧc NhiӋm vө REMUS thӵc hiӋn dài nhҩt là

17 giӡÿmÿLÿѭӧc 60km vӟi vұn tӕFPVYjÿӝ sâu tӕLÿDP

Hình 1.45(086$89ÿѭӧc thiӃt kӃ, chӃ tҥo bӣi viӋn WHOI, USA

1JRjLUD$89FzQÿѭӧc sӱ dөng rӝng rҧi trong công nghiӋp dҫXNKtÿmÿӇ khҧo sát vӏ WUtÿi\ELӇQWUѭӟc khi bҳWÿҫu xây dӵQJFѫVӣ hҥ tҫng ngҫm; ÿӇ WKăPGzÿӏa chҩn; ÿӇ ÿһt và khҧo sát vӃt nӭt FiFÿѭӡng ӕng dүn dҫu và hoàn thiӋn công trình vӟi giá thành thҩp nhҩt, có WiFÿӝng ít nhҩWÿӃQP{LWUѭӡng

Hình 1.5 $89ÿѭӧc thiӃt kӃ, chӃ tҥo ӭng dөng trong dҫu khí

7 Mӝt sӕ mүu robot AUV tiêu biӇu: ắ REMUS 6000 [5]

Hình 1.6 ThiӃt bӏ lһQNK{QJQJѭӡi lái Remus 6000 ắ Thụng sӕ kӻ thuұt: x Ĉѭӡng kính: 78 cm x ChiӅu dài: 3,84 m x KhӕLOѭӧng: 862 kg x Ĉӝ sâu hoҥWÿӝng: 6000 m x Công suҩt: 11 kWh x Thӡi gian hoҥWÿӝng: 22 giӡ x TӕFÿӝ tӕLÿDknots (2,3 m/s) x Bӝ ÿҭ\ÿӝQJFѫ'&NK{QJFKәi quét x Ĉӏnh vӏ: Long Based Line Transducer và Dead Reckon vӟi ACDP Inertial Navigation System (INS) x TruyӅn thông: Wifi, sóng âm, vӋ tinh

8 ắ ChӭFQăQJ x Nghiên cӭu thӫy sҧn, xây dӵng bҧQÿӗ sinh vұt biӇn x Khҧo cә hӑFGѭӟLÿi\biӇn x 7KăPGzKӋ VLQKWKiLGѭӟi biӇn x KiӇm tra chҩWOѭӧQJQѭӟFÿiQKJLiKӋ sinh thái x Tìm kiӃm, dò mìn ắ ECA A18D AUV [6]

Hình 1.7 ThiӃt bӏ lһQNK{QJQJѭӡi lái ECA A18D ắ Thụng sӕ kӻ thuұt: x TӕFÿӝ tӕLÿDNQRWV x TӕFÿӝ trung bình: 3 knots x Ĉӝ sâu hoҥWÿӝng: 3 ± 5000m x ChiӅu dài: 4,5 ± 5,5m x Ĉѭӡng kính: 50cm x Cân nһng: 550 ± 690 kg x Công suҩt: 14,4 kWh x Ĉӏnh vӏ: Inertial Navigation System (INS), Dopper Velocity Log (DVL), USBL transponder, GPS x TruyӅn thông: Wifi, sóng âm, vӋ tinh

9 ắ ChӭFQăQJ x KhҧRViWÿѭӡng ӕng dҩu khí x KiӇm tra cҩXWU~FGѭӟLQѭӟc x 'zPuQGѭӟLÿi\ELӇn x Khҧo sát các thông sӕ hҧLGѭѫQJKӑc x Thu thұp dӳ liӋu hӋ thӕng thӫ\YăQKӑFFKRTXiWUuQKÿyQJWjX

1.2.2 Tình hình nghiên cӭXWURQJQѭӟc ắ ³3hỏt triӇn mӝt mүXURERWGѭӟLQѭӟc phөc vө quӕc phũng và nghiờn cӭu biӇQ´ nhóm tác giҧ 7ăQJ4Xӕc Nam, Hӑc viӋn Kӻ thuұt Quân sӵ (2011) [7]:

Tӯ mөc tiêu chӃ tҥo robot thám hiӇPGѭӟLQѭӟc phөc vө quӕc phòng và nghiên cӭu biӇn, dҥQJ URERW ÿѭӧc chӑn là loҥL ÿLӅu khiӇn tӯ xa ROV KӃt cҩX ÿѭӧc lӵa chӑn là kiӇXNKXQJJLjQWUrQÿyFyOҳp khoang thiӃt bӏFiFÿӝQJFѫÿҭy và có thӇ lҳSFiFFѫFҩu công tác khác khi cҫQ5RERWÿѭӧc kӃt nӕi vӟLWUXQJWkPÿLӅu khiӇn ÿһt trên mһWQѭӟc thông qua dây cáp Dây cáp cung cҩp ÿLӋQQăQJFKRSKpSURERW có thӇ làm viӋFOkXGjLGѭӟLQѭӟc mà không cҫQTXDQWkPÿӃn nguӗQQăQJOѭӧng sӱ dөng Ngoài ra cáp nӕi còn truyӅn các lӋQK ÿLӅu khiӇn tӟi robot, truyӅn dӳ liӋu thám hiӇm vӅ WUXQJWkPÿLӅu khiӇn và làm chӭFQăQJFӭu hӝ khi cҫn thiӃt

Hình 1.8 KӃt cҩu tәng quan cӫa robot lһn ROV_01

KӃt cҩu tәng quan cӫDURERW529BQKѭWUrQKuQKEDRJӗm:

- (2): Khoang thiӃt bӏ: chӭa hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn và cҧm biӃn

- (9): Khoang khí phía trên, hai bên khoang thiӃt bӏ ÿӇ tҥo cân bҵng cho robot

- ĈqQFKLӃu sáng, công suҩt cao

- (7): Camera chuyên dөQJGѭӟLQѭӟc

- ĈӝQJFѫJҳn chân vӏt cho phép robot lһn, nәi, tiӃn lùi, xoay vòng WURQJP{LWUѭӡQJQѭӟc

Hình 1.10 6ѫÿӗ hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn cӫa robot lһn ROV_01

Các thông sӕ kӻ thuұWYjVѫÿӗ hӋ thӕQJÿLӅu khiӇQÿѭӧc thӇ hiӋn trong hình 10:

- tFKWKѭӟc tәng thӇ: 800x350x350 mm

- KhӕLOѭӧng: 26 kg

- Camera, thiӃt bӏ chiӃu sáng hӗng ngoҥi 15m

- Cҧm biӃn áp suҩt, cҧm biӃn gia tӕc

- 5RERWÿѭӧFÿLӅu khiӇn và thu thұp dӳ liӋu qua dây cáp, khó mӣ rӝng phҥm vi kiӇm soát, mӭFÿӝ tӵ ÿӝng hóa không cao

Tәng quan tình hình nghiên cӭXWURQJYjQJRjLQѭӟc

Tình hình nghiên cӭXWURQJQѭӟc

ắ ³3hỏt triӇn mӝt mүXURERWGѭӟLQѭӟc phөc vө quӕc phũng và nghiờn cӭu biӇQ´ nhóm tác giҧ 7ăQJ4Xӕc Nam, Hӑc viӋn Kӻ thuұt Quân sӵ (2011) [7]:

Tӯ mөc tiêu chӃ tҥo robot thám hiӇPGѭӟLQѭӟc phөc vө quӕc phòng và nghiên cӭu biӇn, dҥQJ URERW ÿѭӧc chӑn là loҥL ÿLӅu khiӇn tӯ xa ROV KӃt cҩX ÿѭӧc lӵa chӑn là kiӇXNKXQJJLjQWUrQÿyFyOҳp khoang thiӃt bӏFiFÿӝQJFѫÿҭy và có thӇ lҳSFiFFѫFҩu công tác khác khi cҫQ5RERWÿѭӧc kӃt nӕi vӟLWUXQJWkPÿLӅu khiӇn ÿһt trên mһWQѭӟc thông qua dây cáp Dây cáp cung cҩp ÿLӋQQăQJFKRSKpSURERW có thӇ làm viӋFOkXGjLGѭӟLQѭӟc mà không cҫQTXDQWkPÿӃn nguӗQQăQJOѭӧng sӱ dөng Ngoài ra cáp nӕi còn truyӅn các lӋQK ÿLӅu khiӇn tӟi robot, truyӅn dӳ liӋu thám hiӇm vӅ WUXQJWkPÿLӅu khiӇn và làm chӭFQăQJFӭu hӝ khi cҫn thiӃt

Hình 1.8 KӃt cҩu tәng quan cӫa robot lһn ROV_01

KӃt cҩu tәng quan cӫDURERW529BQKѭWUrQKuQKEDRJӗm:

- (2): Khoang thiӃt bӏ: chӭa hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn và cҧm biӃn

- (9): Khoang khí phía trên, hai bên khoang thiӃt bӏ ÿӇ tҥo cân bҵng cho robot

- ĈqQFKLӃu sáng, công suҩt cao

- (7): Camera chuyên dөQJGѭӟLQѭӟc

- ĈӝQJFѫJҳn chân vӏt cho phép robot lһn, nәi, tiӃn lùi, xoay vòng WURQJP{LWUѭӡQJQѭӟc

Hình 1.10 6ѫÿӗ hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn cӫa robot lһn ROV_01

Các thông sӕ kӻ thuұWYjVѫÿӗ hӋ thӕQJÿLӅu khiӇQÿѭӧc thӇ hiӋn trong hình 10:

- tFKWKѭӟc tәng thӇ: 800x350x350 mm

- KhӕLOѭӧng: 26 kg

- Camera, thiӃt bӏ chiӃu sáng hӗng ngoҥi 15m

- Cҧm biӃn áp suҩt, cҧm biӃn gia tӕc

- 5RERWÿѭӧFÿLӅu khiӇn và thu thұp dӳ liӋu qua dây cáp, khó mӣ rӝng phҥm vi kiӇm soát, mӭFÿӝ tӵ ÿӝng hóa không cao

- 5RERWÿѭӧc thiӃt kӃ ÿѫQJLҧn chӍ dӯng ӣ mӭFÿiSӭQJÿѭӧc yêu cҫu cӫDÿӅ tài, FKѭDWKӇ mӣ rӝng phҥm vi ӭng dөQJQKѭWURQJGҫu khí, khҧRViWP{LWUѭӡng và ӭng dөng trong quân sӵ

- ThiӃt bӏ sӱ dөng ÿѫQJLҧn, thiӃu các thiӃt bӏ chuyên dөQJÿӝ chính xác không FDRNKyÿiSӭng nhӳng nhiӋm vө phӭc tҥSGѭӟLQѭӟc

Ngoài ra, mӝt sӕ WUѭӡng lӟQQKѭĈҥi hӑF%iFK.KRD7S+&0Ĉҥi hӑF6ѭSKҥm

Kӻ thuұW7S+&0ÿm QJKLrQFӭu, chӃ tҥo mӝt sӕ mүXURERWGѭӟLQѭӟc, song các nghiên cӭu này chӍ PDQJWtQKÿѫQOҿVѫNKDLWKӱ nghiӋPÿѫQJLҧQFKѭDFyPӝt sҧn phҭm hoàn chӍQK ÿѭD YjR ӭng dөng thӵc tӃ Tҥi Thành phӕ Hӗ Chí Minh và 9ǊQJ7jXFyF{QJW\KRҥWÿӝQJWURQJOƭQKYӵc robot ngҫPQKѭQJFKӍ khai thác sӱ dөng thiӃt bӏ Có mӝt công ty lҳp ráp robot theo giҩy phép cӫDF{QJW\Qѭӟc ngoài và nhұp mӝt sӕ phө kiӋQ FǊ SKөc vө thay thӃ sӱa chӳD FKR FiF URERW ÿm PXD Wӯ WUѭӟc

Nhìn chung tình hình nghiên cӭX WURQJ Qѭӟc phҫn lӟn tұp trung vào nghiên cӭu robot lһQÿLӅu khiӇn có dây ROV Vӟi nhӳng hҥn chӃ WURQJQѭӟc nêu trên, tôi xin ÿӅ xuҩWKѭӟng luұQYăQQj\Yӟi mong muӕn triӇn khai thӵc hiӋn nghiên cӭu và xây dӵng mô hình robot lһn AUV có nhӳQJÿһc diӇm nәi bұt: các thiӃt bӏ ÿѭӧc tích hӧp trên mӝt robot lһn nhӓ gӑn; robot vұn hành không dây, có camera giám xác hành

12 WUuQKWKăPGzYjNKҧRViWÿi\ELӇQÿi\V{QJDRKӗ và khҧRViWP{LWUѭӡQJQѭӟc; xây dӵng hӋ thӕQJÿLӋn và áp dөng các giҧi thuұWÿLӅu khiӇQFѫEҧn mà chính nhҩt là nghiên cӭu, thiӃt kӃ YjFKRÿӕLWѭӧng AUV trong luұn văQQj\

Lý do chӑQÿӅ tài

Trên thӃ giӟL ÿm Fy QKLӅX SKѭѫQJ WLӋn tӵ KjQK ÿm ÿѭӧF WKѭѫQJ Pҥi trên thӏ WUѭӡQJYjÿѭӧc ӭng dөng rҩt nhiӅXWURQJFiFOƭQKYӵF7X\QKLrQGRFKLSKtÿҫXWѭ EDQ ÿҫu khá cao nên vүQFKѭD ÿѭӧc phә biӃn rӝng rãi GҫQQKѭ FKӍ Fy FiFQѭӟc phát triӇn, các công ty lӟn vӅ OƭQKYӵFURERWFiFWUѭӡQJÿҥi hӑc lӟn vӅ hàng hҧi mӟi có các khoҧQFKLSKtÿҫXWѭYjRӢ Qѭӟc ta tuy nhu cҫu vӅ SKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟi QѭӟF WURQJ FiF OƭQK Yӵc khoa hӑF P{L WUѭӡQJ WKăP Gz NKҧR ViWô Oj Uҩt nhiӅu QKѭQJ lҥi có rҩt ít các công trình nghiên cӭu vӅ OƭQKYӵFSKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟi QѭӟFĈyOjOtGRPjSKѭѫQJWLӋQGѭӟLQѭӟFQyLFKXQJYjSKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟi Qѭӟc nói riêng vүQFKѭDÿѭӧc áp dөng rӝng rãi ӣ ViӋt Nam

Có thӇ lҩy dүn chӭng mӝt sӕ ӭng dөng cӫD FiF SKѭѫQJ WLӋn tӵ KjQK GѭӟL Qѭӟc trong mӝWYjLOƭQKYӵFÿӇ thҩ\ÿѭӧc sӵ cҫn thiӃt phҧi phát triӇn robot nói chung và robot lһn nói riêng quan trӑQJ QKѭ WKӃ QjR 7URQJ OƭQK Yӵc dҫu khí, AUV (Autonomous Underwater Vehicle) hoһc ROV (Remotely operated underwater YHKLFOHÿѭӧc sӱ dөQJÿӅ xây dӵng các bҧQÿӗ ÿi\ELӇn chi tiӃWWUѭӟc khi xây dӵng FiFFѫVӣ hҥ tҫQJGѭӟi biӇn, hӋ thӕQJÿѭӡng ӕng dүn và các lҳSÿһt cҫn thiӃt sao cho chi phí sӱ dөng hiӋu quҧ nhҩW7URQJOƭQKYӵc quân sӵ, nhiӋm vө quân sӵ tiêu biӇu có sӵ tham gia cӫa AUV là xây dӵng bҧQÿӗ khu vӵFÿӇ [iFÿӏnh vӏ trí mөc tiêu, có thӇ là mӝt cҧng biӇn, hoһc giám sát mӝt khu vӵc quân sӵ$89FǊQJÿѭӧc sӱ dөng trong chiӃQWUDQKQKѭSKiWKLӋn và tiêu diӋt tàu ngҫPÿӏch (tàu ngҫm có QJѭӡi lái) Trong các OƭQKYӵc khoa hӑc, các nhà nghiên cӭu sӱ dөng AUV trong nghiên cӭu hӗÿҥLGѭѫQJYjQӅQÿҥLGѭѫQJ0ӝt loҥt các cҧm biӃQÿѭӧc gҳn trên

$89FKRSKpS[iFÿӏnh thông tin vӅ nӗQJÿӗ vұt chҩt hoһc các yӃu tӕ khác nhau, sӵ hҩp thө hoһc phҧn xҥ ỏnh sang, sӵ hiӋn diӋn cӫa sӵ sӕQJô

13 Ӣ ViӋt Nam, nghiên cӭu vӅ mҧng robot lһn hoһF SKѭѫQJWLӋn tӵ KjQK GѭӟLQѭӟc (AUV) là mӝWOƭQKYӵc mang tính thӡi sӵ WURQJJLDLÿRҥn hiӋn tҥi Tranh chҩp vӅ vҩQÿӅ biӇQÿҧo giӳDQѭӟc ta và Trung QuӕFÿm[ҧy ra tӯ OkXQKѭQJӣ thӡi gian gҫn ÿk\ WuQK KuQK QJj\ FjQJ OHR WKDQJ 1Ӄu chúng ta có nhӳQJ SKѭѫQJ WLӋn tӵ hành GѭӟLQѭӟFJL~STXkQÿӝi có thӇ tuҫQWUDJLiPViWWuQKKuQKGѭӟi biӇQWKuÿyVӁ là mӝt ÿyQJJySNK{QJKӅ nhӓ FKRÿҩWQѭӟc Bên cҥnh vҩQÿӅ vӅ an ninh quӕc phòng, vҩn ÿӅ vӅ P{LWUѭӡng cӫDQѭӟFWDFǊQJÿDQJUҩt nhӭc nhӕi ViӋc cҫn mӝWSKѭѫQJWLӋn ÿӇ JL~S FiF Fѫ TXDQ QJKLrQ Fӭu vӅ P{L WUѭӡng có thӇ sӱ dөQJ ÿӇ khҧo sát môi WUѭӡQJQѭӟc sӁ là mӝWÿyQJJySNK{QJKӅ nhӓ cho sӵ phát triӇn bӅn vӳng cӫDÿҩt Qѭӟc

Bờn cҥQKÿyQJj\ Chớnh phӫ ÿmUDTX\ӃWÿӏQK³%$1+ơ1+'$1+ MӨC CÔNG NGHӊ Ѭ87,Ç11*+,Ç1&ӬU, PHÁT TRIӆN VÀ ӬNG DӨNG Ĉӆ CHӪ ĈӜNG THAM GIA CUӜC CÁCH MҤNG CÔNG NGHIӊP LҪN THӬ 7Ѭ´7ҥLÿLӅXOƭQKYӵc vұWOêSK\VLFVSKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc (AUV) là mӝt trong nhӳng pKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKÿѭӧFѭXWLrQSKiWWULӇQKjQJÿҫu ӣ hҥng mөc Qj\4XDÿyWDWKҩ\ÿѭӧc chӭFQăQJYjYDLWUzQJj\FjQJTXDQWURQJFӫDSKѭѫQJ tiӋn tӯ KjQKQyLFKXQJYjSKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc (AUV) nói riêng

Vì vұy mà robot lһn tӵ KjQKKD\$89ÿѭӧc chӑQOjPÿӕLWѭӧng nghiên cӭu trong phҥm vi luұQYăQQj\

Mөc tiêu và nhiӋm vө cӫa luұQYăQ

Mөc tiêu chính cӫa luұQYăQOjQJKLrQFӭu và xây dӵng bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt áp dөQJFKRSKѭѫQJQJDQJFKRP{KuQKURERWOһn robot lһn AUV thӵc hiӋn nhiӋm vө khҧo sát m{LWUѭӡng LuұQYăQQj\WUuQKEj\FiFK[k\Gӵng giҧi thuұWÿLӅu khiӇn WUѭӧt, kӃt hӧp vӟi bӝ ÿLӅu khiӇn dүQ KѭӟQJ ÿӇ ÿLӅu khiӇQ SKѭѫQJ QJDQJ Fӫa SKѭѫQJWLӋQOrQSKѭѫQJiQWKLӃt kӃ hӋ thӕQJÿLӋQFǊQJQKѭEӕ trí các thiӃt bӏ cho phù hӧSÿӇ [iFÿӏnh trong tâm và tâm nәi cho phù hӧp KiӇPWUDYjÿiQKJLiÿӝ bӅn FǊQJQKѭNKҧ QăQJKRҥWÿӝng cӫa các phҫn tӱ chҩSKjQKWURQJP{LWUѭӡng áp lӵc WѭѫQJÿѭѫQJPQѭӟc Xây dӵng hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn hoàn chӍnh và әQÿӏnh cho

14 mô hình AUV, áp dөng giҧi thuұWÿLӅu khiӇQFѫEҧn cho robot lһn nhҵPKѭӟng tӟi thӵc hiӋn nhiӋm vө WKăPGzYjNKҧRViWGѭӟLQѭӟFQKѭHình 1.11: Robot có khҧ QăQJ WKӵc hiӋn các tác vө trên mһWQѭӟc và dѭӟi mһWQѭӟc Trong quá trình hoҥt ÿӝng, AUV sӁ ghi lҥi hành trình bҵng các dӳ liӋu tӑDÿӝ vӏ trí, các góc trҥng thái, hình ҧQKTXmQJÿѭӡQJÿmWKӵc hiӋQ1JѭӡLÿLӅu khiӇn có thӇ trӵc tiӃp liên lҥc vӟi AUV thông qua các module truyӅQWK{QJQKѭ5)WUrQPһt nѭӟc Phҥm vi liên kӃt phө thuӝc vào khҧ QăQJKRҥWÿӝng cӫa module truyӅn thông Dӳ liӋu hình ҧnh thu ÿѭӧc tӯ AUV có thӇ khҧo sát khi robot thӵc hiӋn xong nhiӋm vө Yjÿѭӧc thu hӗi trӣ lҥi tàu mҽ, hӋ thӕQJÿӏnh vӏ trên bӡ YjGѭӟLQѭӟFFǊQJÿѭӧc áp dөng trong quá trình khҧo sát

Hình 1.11 Khҧ QăQJKRҥWÿӝng cӫa AUV

Nghiên cӭu và khҧo sát kӃt cҩu cӫa AUV

Cҩu tҥRFѫEҧn cӫa AUV

Hҫu hӃt các biên dҥng AUV trên thӏ WUѭӡQJÿӅu theo biên dҥng QJѭlôi, biên dҥng này dӵa trên biên dҥng Myring (Hình 2.1) vӟi thân là mӝt khӕi trө ÿѭӡng kính và chiӅu dài theo mӝt tӹ lӋ nhҩWÿӏnh), các biên dҥng phҫn mǊLYjÿX{LVӁ theo công thӭc: [8]

Tӯ ÿyWDFyWhiӃt kӃ VѫEӝ cӫa robot lһn AUV2000 ÿѭӧc mô tҧ QKѭ Hình 2.2:

MҥFKÿLӅu khiӇn có chӭFQăQJÿӏnh vӏ, dүQKѭӟQJYjÿLӅu khiӇn AUV thӵc hiӋn nhiӋm vө WKăPGz và khҧRViWGѭӟLQѭӟc

16 Cҧm biӃn bao gӗm cҧm biӃQ JL~S [iF ÿӏnh trҥQJ WKiL JyF $+56 ÿӝ sâu, quét vұt cҧn và vӏ trí (GPS/DVL/INS) cho AUV

Robot có khҧ QăQJWUX\Ӆn thông khi nәi bҵng tín hiӋu RF, Wifi, GSM/GPRS

&DPHUD Yj ÿqQ FKLӃu sáng thӵc hiӋn nhiӋm vө ghi hình vùng khҧo sát; Antenna giúp truyӅn/nhұn thông tin vӟi máy chӫ;

Pin cung cҩSQăQJOѭӧQJÿӇ AUV hoàn thành nhiӋm vө khҧo sát ĈӝQJ Fѫ ÿҭ\ FiQK OiL ÿӝQJ Fѫ ÿӕi trӑQJ ÿӝQJ Fѫ SLVWRO ÿyQJ YDL WUz JL~SAUV xoay trӣ ÿѭӧFWURQJP{LWUѭӡQJQѭӟc.

Nguyên tҳc lһn nәi cӫa AUV

Theo tài liӋu [9], khi mӝt vұt thӇ lһQWURQJ Qѭӟc (lһn mӝt phҫn hoһc lһn hoàn toàn), sӁ có 2 lӵc thӫ\WƭQKWiFÿӝQJOrQQyWURQJWUѭӡng hӧp này vұt thӇ ÿyFKtQK là robot lһn AUV):

Lӵc trӑQJ WUѭӡng (theo khӕL Oѭӧng), P: hӧp lӵc cӫa tҩt cҧ các trӑng lӵc tác dөng lên mӛi cҩu phҫn cӫa robot Lӵc trӑQJ WUѭӡQJ OX{Q Fy SKѭѫQJ Kѭӟng thҷng xuӕQJGѭӟLYjFy[XKѭӟng giúp cho robot lһn xuӕng Lӵc này tác dөng lên trӑng tâm G cӫa robot lһn

Lӵc nәi (LӵFÿҭy Archimedes)WiFÿӝng lên phҫn thӇ tích lһn cӫa robot, có SKѭѫQJYX{QJJyFYӟi bӅ mһt vӓ URERWYjÿӝ lӟn tӍ lӋ vӟi phҫn thӇ tích chiӃm Qѭӟc cӫa robot LӵFQj\FySKѭѫQJKѭӟng thҷQJOrQWUrQYjFyÿӝ lӟn tӍ lӋ vӟi khӕL OѭӧQJ Qѭӟc mà phҫn thӇ tích lһn cӫa robot chiӃm chӛ Lӵc này FǊQJ chính là lӵFÿҭy Archimedes:

Ulà khӕLOѭӧng riêng cӫDQѭӟc, kg/m 3 g là gia tӕc trӑQJWUѭӡng tҥLQѫL$89GLFKX\ӇQWKѭӡng g = 9,81 m/s 2

V là thӇ tích phҫn robot lһQWURQJQѭӟc, m 3

17 LӵFÿҭ\$FVLPHWFy[XKѭӟng giúp robot nәi lên Lӵc này tác dөng lên tâm thӇ tích cӫa phҫn robot lһQWURQJQѭӟc, gӑi là tâm nәi B Vӏ trí cӫa tâm nәi phө thuӝc vào NtFKWKѭӟc và hình dáng phҫn thân lһn cӫa robot

7Uѭӟc tiên, ta tҥm thӡL[iFÿӏnh vӏ trí trӑng tâm và tâm nәi cӫa robot trong hӋ toҥ ÿӝ vuông góc Oxyz:

Toҥ ÿӝ cӫa trӑng tâm G là ݔ ௚ ǡ ݕ ௚ ݒݖ ௚

BiӃWÿѭӧc khӕLOѭӧng, thӇ WtFKFKRiQQѭӟc, toҥ ÿӝ trӑng tâm và tâm nәi cӫa robot, ta có thӇ giҧLÿѭӧc các bài toán liên quan tӟi tính nәi, tính әQÿӏnh và tính chӕng lһn khi lһn cӫa robot

Hình 2.3 Các lӵFWiFÿӝng lên robot vӟi trӑQJWkPFDRKѫQWkPQәi WKѭӡng khi robot ӣ trҥng thái nәi)

Hình 2.4 Các lӵFWiFÿӝng lên robot vӟi trӑng tâm thҩSKѫQWkPQәLWKѭӡng khi robot ӣ trҥng thái lһn)

18 ắ Vұy vӅ nguyờn tҳF ÿӇ robot nәLOrQKD\OăQ[Xӕng, ta cú thӇ dựng cỏc cỏch sau: ĈLӅu khiӇn trӑng lӵc tác dөng lên robot: Thông dөng nhҩWOjU~WQѭӟc tӯ môi WUѭӡng vào nhҵPOjPWăQJNKӕLOѭӧng robot giúp robot lһn xuӕng và xҧ Qѭӟc UDÿӇ robot nәi lên

Hình 2.5 Nguyên tҳc lһn ± nәi cӫDÿDVӕ các tàu ngҫm lӟn hiӋn nay (Nguӗn: www.heiszwolf.com) ĈLӅu khiӇn lӵc nәi tác dөng lên robot: thông dөng nhҩWQJѭӡi ta sӁ ÿLӅu khiӇn lӵc nәi thông qua viӋFWăQJJLҧm thӇ tích chiӃPQѭӟc cӫa robot

Sӱ dөng các ngoҥi lӵc khác: Ӣ ÿk\WDVӁ dùng các ngoҥi lӵFNKiFWiFÿӝng lên robot, các ngoҥi lӵc này sӁ FQJKѭӟng vӟi trӑng lӵc hoһc lӵc nәi phө thuӝc vào mөFÿtFKOjJL~SURERWOһn hay nәi Thông dөng nhҩt là sӱ dөQJFiFÿӝng Fѫÿҭy.

Nguyên tҳc cân bҵng cӫa AUV

Theo tài liӋu [9], robot sӁ ÿҥt trҥng thái cân bҵng khi các lӵFWiFÿӝng lên nó là P và ୅ WѭѫQJ ÿѭѫQJ YӅ ÿӝ lӟQ SKѭѫQJ SKҧi nҵm trên cùng 1 trөc thҷQJ ÿӭng và KѭӟQJQJѭӧc chiӅu nhau Vì thӃ, trҥng thái cân bҵng cӫDURERWÿѭӧF[iFÿӏnh theo 2 ÿLӅu kiӋn sau:

LӵFÿҭy Archimedes phҧLWѭѫQJÿѭѫQJYӟi vӟi trӑng lӵFWiFÿӝng lên robot

19 Trӑng tâm và tâm nәi cӫa robot phҧi nҵm trên cùng 1 trөc thҷQJÿӭng ĈLӅu kiӋn cân bҵQJÿҫu tiên dùng cho trҥng thái nәi bҩt kì so vӟi mһt biӇQÿѭӧc thӇ hiӋQTXDSKѭѫQJWUuQKGX\QKҩt gӑLOjSKѭѫQJWUuQKFѫVӣ cӫa tính nәi:

P gV (2.2) ĈLӅu kiӋn cân bҵng thӭ hai là:

CһSSKѭѫQJWUuQKWUrQÿѭӧc thӇ hiӋn trong hai Hình 2.6 và Hình 2.7

Hình 2.6 Sӵ cân bҵng cӫa robot vӟi góc lҳc dӑc (nghiêng sang phҧi hoһc sang trái)

20 Hình 2.7 Sӵ cân bҵng cӫa robot vӟLJyFQJDQJFK~Lÿҫu xuӕng hoһc lên).

Mô hình toán 6 DOF cӫa AUV

Các hӋ tӑDÿӝ và phép biӃQÿәi các hӋ tӑDÿӝ

&yÿӃn 4 hӋ tӑDÿӝ FѫEҧn: hӋ quy chiӃXTXiQWtQK7UiLĈҩt (ECI), hӋ quy chiӃu ÿӏa tâm cӕ ÿӏnh (ECEF), hӋ tӑD ÿӝ khҧo sát (n-frame) và hӋ tӑD ÿӝ vұt thӇ (bodyframe hay b-frame)

2.2.1.1 HӋ quy chiӃu quán ttQK7UiLĈҩt

HӋ quy chiӃu ECI (hay còn gӑi là i-frame) là mӝt hӋ quy chiӃu quán tính, hay nói cách khác là trong hӋ này, Trái Ĉҩt ÿѭӧc coi nhѭ ÿӭng im hoàn toàn Trong thӵc tӃ, hӋ ECI không hoàn toàn là mӝt hӋ quy chiӃu quán tính do Trái Ĉҩt có gia tӕc chuyӇn ÿӝng xung quanh Mһt Trӡi Tuy nhiên gia tӕc này cǊng không quá lӟn và có thӇ coi nhѭ xҩp xӍ chính xác hӋ ECI là mӝt hӋ quy chiӃu quán tính dùng trong ÿӏnh vӏ HӋ ECI có gӕc O i ÿһt ӣ tâm Trái Ĉҩt, trөc z i song song vӟi trөc quay cӫa Trái Ĉҩt, trөc x i hѭӟng tӯ gӕc ÿӃn ÿiӇm xuân phân và trөc y i ÿѭӧc xác ÿӏnh theo quy tҳc tam diӋn thuұn (Hình 8.1a) HӋ quy chiӃu quán tính có vai trò quan trӑng trong ÿӏnh vӏ bӣi vì các các cҧm biӃn quán tính ÿo chuyӇn ÿӝng ÿӕi vӟi hӋ quán tính này, và nó cho phép sӱ dөng các phѭѫng trình ÿѫn giҧn nhҩt

2.2.1.2 HӋ quy chiӃXÿӏa tâm cӕ ÿӏnh

HӋ quy chiӃu ECEF (hay còn gӑi là e-frame) ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa tѭѫng tӵ nhѭ hӋ ECI, ÿiӇm khác biӋt là các trөc x e , y e , z e nҵm cӕ ÿӏnh so vӟi Trái Ĉҩt Gӕc cӫa hӋ

21 tӑa ÿӝ O e ÿѭӧc ÿһt ӣ tâm cӫa Trái Ĉҩt, trөc z e song song vӟi trөc quay cӫa Trái Ĉҩt, trөc x e hѭӟng tӯ gӕc ÿӃn ÿiӇm giao nhau giӳa kinh tuyӃn gӕc (kinh tuyӃn 0 o ) và vƭ tuyӃn gӕc (xích ÿҥo), trөc y e ÿѭӧc xác ÿӏnh theo quy tҳc tam diӋn thuұn (Hình 2.8)

Tӯ vұn tӕc tӵ quay quanh trөc cӫa Trái Ĉҩt là w ie 7.2921151467 u 10 5 rad/s, ta có thӇ suy ra ÿѭӧc ma trұn DCM biӃn ÿәi tӯ hӋ ECEF sang hӋ ECI:

Trong ÿó T ie w t t ie ( 0 ) vӟi t là thӡi ÿiӇm ÿang xét và t0 là thӡi ÿiӇm hai hӋ trөc tӑa ÿӝ trùng vӟi nhau

Hình 2.8 Các trөc tӑDÿӝ cӫa hӋ ECI (a) và hӋ ECEF (b)

HӋ tӑa ÿӝ này thѭӡng chӑn gӕc là vӏ trí chúng ta ÿang khҧo sát (thѭӡng là vӏ trí vұt thӇ) và cỏc trөc theo cỏc hѭӟng ÿӏnh vӏ cӕ ÿӏnh (Ĉụng, Tõy, Nam, BҳFô+Ӌ tӑa ÿӝ n-frame ÿѭӧc sӱ dөng trong giáo trình này là hӋ NED, vӟi trөc x n hѭӟng theo hѭӟng Bҳc ÿӏa lý, trөc y n hѭӟng theo hѭӟng Ĉông ÿӏa lý và trөc z n hѭӟng xuӕng vӅ tâm cӫa Trái Ĉҩt (Hình 2.9)

Tӯ Hình 2.9, ta suy ra ÿѭӧc công thӭc biӃn ÿәi tӯ hӋ NED sang hӋ ECEF phө thuӝc vào kinh ÿӝ và vƭ ÿӝ ÿӏa lý:

Tӯ (2.5) và (2.6) suy ra công thӭc biӃn ÿәi tӯ hӋ NED sang hӋ ECI:

HӋ tӑa ÿӝ NED (hay các loҥi n-frame nói chung) có mӝt hҥn chӃ lӟn ÿó là có ÿiӇm kì dӏ tҥi 2 cӵc (do không xác ÿӏnh ÿѭӧc hѭӟng Ĉông và hѭӟng Bҳc tҥi các cӵc)

HӋ tӑa ÿӝ vұt thӇ (bodyframe hay b-frame) có gӕc là tâm cӫa vұt ÿang khҧo sát (trùng vӟi hӋ NED), tuy nhiên các trөc ÿѭӧc gҳn cӕ ÿӏnh vӟi thân cӫa vұt thӇ Trөc x b thѭӡng ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là hѭӟng phía trѭӟc vұt thӇ (hѭӟng di chuyӇn thông thѭӡng), trөc z b hѭӟng xuӕng dѭӟi (hѭӟng cӫa trӑng lӵc) và hѭӟng y b ÿѭӧc xác ÿӏnh theo quy tҳc tam diӋn thuұn (Hình 2.10a) Trong hӋ tӑa ÿӝ này, góc quay theo trөc x b ÿѭӧc gӑi là góc roll (góc nghiêng), góc quay theo trөc y b gӑi là góc pitch (góc chúc) và góc quay theo trөc z b ÿѭӧc gӑi là góc yaw (góc ÿӏnh hѭӟng) Tӯ các góc này, có thӇ xác ÿӏnh ÿѭӧc ma trұn DCM [10] chuyӇn ÿәi tӯ hӋ b-frame sang hӋ n-frame:

Ngѭӧc lҥi, khi biӃt ma trұn C b n , ta có thӇ tính ngѭӧc lҥi ÿѭӧc các góc hѭӟng theo công thӭc: arcsin(C (3,1)) arctan 2(C (3, 2), C (3,3)) arctan 2(C (2,1), C (1,1)) n b n n b b n n b b

Hình 2.10 HӋ tӑDÿӝ bodyframe (a) và góc xoay ba trөc (b)

7ѭѫQJ Wӵ QKѭ Yұy, theo Fossen [11] ta có các ma trұn xoay chuyӇQ ÿәi giӳa hӋ BODY và NED cho vұn tӕc góc

\ ê º ô ằ ê º ô ằê º ô ằ ô ằô ằ ô ằ ô ằô ằ ô ằ ô ằô ằơ ẳ ơ ẳ ôơ ằẳ

Hình 2.11Ĉһt hӋ trөc tӑDÿӝ cho mô hình AUV

: vӏ trí cӫa AUV trong hӋ e-frame FiFJyFKѭӟng roll, pitch, yaw cӫa AUV so vӟi hӋ NED

: vұn tӕc dài cӫa AUV theo các trөc cӫa hӋ body-frame : vұn tӕc góc cӫa AUV theo các trөc cӫa hӋ body-frame : lӵFWiFÿӝng vào AUV theo các trөc cӫa hӋ body-frame

PRPHQWTXD\WiFÿӝng vào AUV theo các trөc cӫa hӋ body- frame

25 Gӑi G là trӑng tâm cӫa mô hình robot thӫy, [x G y G z G ] lҫQOѭӧt là tӑDÿӝ trong tâm cӫa mô hình 7UrQFѫVӣ SKѭѫQJWUuQKFә ÿLӇn 6 bұFWѭGRP{Wҧ ÿӝng lӵc hoc robot thӫ\VDXÿk\

G G G ext xx zz yy xz yz xy

G G m u vr wq x q r y pq r z pr q X m v wp ur y r p z qr p x qp r Y m w uq vp z p q x rp q y rq p Z

I p I I qr r pq I r q I pr q I m y w uq vp z v wp ê º ơ ẳ ê º ơ ẳ ê º ơ ẳ ¦ ¦ ¦

2 2 ext yy xx zz xy xz yz

G G ext zz yy xx yz xy xz

I q I I rp p qr I p r I qp r I m z u vr wq x w uq vp M

I r I I pq q rp I q p I rq p I m x v wp ur y u vr wq N ê º ơ ẳ ê ơ º ẳ ê ơ º ẳ ¦ ¦ ¦

[iFÿӏQKSKѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc cho chuyӇQÿӝng cӫa AUV dӵDWKHRÿӏnh luұt hai Newton hoһc SKѭѫQJ WUuQK (XOHU-Lagrangier loҥi 2 (Fossen 2002), Ross.A (2004)

7URQJ ÿy YӃ phҧi cӫD SKѭѫQJ WUuQK ÿҫu là tәng các ngoҥi lӵc, vӃ phҧi cӫa 3 SKѭѫQJWUuQKVDXOjWәQJFiFPRPHQWQJRjLWiFÿӝng vào AUV [11]

2 2 ext HS u u u w q v r prop R ext HS v v r r v r w q u uvl R ext HS w w q q w q v r uqf u uwl

Y vp Y rp Z X uq Z Z ¦ ¦ ¦ uwf ext HS p p p w v q r r q r q prop ext HS w w q q q q uqf q r uwl uwf w u p r ext HS v v r r uw

> X HS Y HS Z HS K HS M HS N HS @ T : lӵc thӫ\ WƭQK ± lӵc tәng hӧS WiF ÿӝng giӳa trӑng lӵc và lӵc nәi vào AUV

Ma trұQK\GURG\QDPLFGDPSLQJÿѭӧF[iFÿӏnh:

> X A Y A Z A K A M A N A @ T : các ngoҥi lӵc và moment gây ra bӣi added mass

N N vN r X Y uvZ wp K M pq Y ur

> X BL Y BL Z BL K BL M BL N BL @ T : lӵc nâng thân xuҩt hiӋn khi SKѭѫQJWLӋn di chuyӇQNK{QJFQJSKѭѫQJYӟLGzQJQѭӟc chҧy

27 7URQJ ÿyU là khӕLOѭӧng riêng cӫD Qѭӟc, A p tiӃt diӋn cӫa AUV trong mһt phҷng cҳt ngang xy, l cp 0.65 l x n

> X FL Y FL Z FL K FL M FL N FL @ T : lӵc nâng cánh xuҩt hiӋn khi cánh không ÿһt thҷng góc vӟLGzQJQѭӟc chҧy

X K : lӵFÿҭy và moment xoҳn sinh ra tӯ thiӃt bӏ ÿҭy prop prop prop

> X R Y R Z R @ T : moment do cánh lái tҥo ra

WURQJÿyG R là góc cӫa bánh lái, l r là khoҧng cách tӯ EiQKOiLÿӃn gӕc tӑDÿӝ

Các giá trӏ I là các moment quán tính, ӭng vӟi tensor quán tính sau: ê º ô ằ ô ằ ô ằ ơ ẳ xx xy xz o yx yy yz zx zy zz

Tensor quán tính này là mӝt ma trұQÿӕi xӭng, tӭc là Ixy = Iyx, Ixz = Izx, Iyz = Izy NӃu

$89ÿӕi xӭng tâm tҥi tâm quay O thì Io là ma trұQÿѭӡng chéo Thӵc tӃ không thӇ OjP $89 ÿӕi xӭQJ KRjQ WRjQ ÿѭӧc, vì vұy ta không thӇ Oѭӧc bӓ các giá trӏ nҵm QJRjLÿѭӡng chéo Tuy nhiên nӃu ta chӑn gӕc tӑDÿӝ ngay tҥi tâm nәi thì các thành phҫQQJRjLÿѭӡng chéo sӁ rҩt nhӓ và gҫQQKѭFyWKӇ bӓ qua

Giҧi thuұWÿLӅu khiӇn Sliding ± Mode

Xây dӵng bӝ ÿLӅu khiӇn Sliding ± Mode

Có nhiӅX SKѭѫQJ SKiS ÿLӅu khiӇn giúp әQ ÿӏnh và kiӇm soát chҩW Oѭӧng mӝt cách bӅn vӳng Sliding ± mode là bӝ ÿLӅu khiӇn phi tuyӃQÿѭӧc sӱ dөng khá phә biӃn vì chҩWOѭӧQJÿLӅu khiӇn tӕt và chính xác vì nó bám theo tính chҩt phi tuyӃn cӫDÿӕLWѭӧng Nguyên lêFѫEҧn cӫa bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt chính là thiӃt kӃ mһWWUѭӧt và luұWÿLӅu khiӇQWUѭӧt sao cho quӻ ÿҥo cӫDÿӕLWѭӧng tiӃQÿӃQYjWUѭӧt dӑc theo mһWWUѭӧWÿӇ cuӕi cùng, trҥng thái hӋ thӕng tiӃn vӅ ÿLӇm cân bҵng mong muӕQÿӗng thӡLFǊQJFyWtQKәQÿӏnh rҩt cao, có thӇ chҩp nhұn sai sӕ mô hình trong mӝt khoҧng nhҩW ÿӏnh mà chҩW OѭӧQJ ÿLӅu khiӇn không giҧm Xét hӋ thӕQJ Fy SKѭѫQJ WUuQK trҥng thái xӍ có dҥng sau:

x f x g u (3.1) ĈӏQKQJKƭDPһt WUѭӧWQKѭVDX

WURQJ ÿyx x x d là sai sӕ trҥng thái, x d là trҥng thái mong muӕn Ta xét hàm Lyapunov sau:

WKHRÿӏQKOê/\DSXQRYÿӇ biӃn trҥng thái x hӝi tө vӅ trҥng thái mong muӕn x d ta chӍ cҫn tìm luұWÿLӅu khiӇn thӓa mãn: d0

V x (3.4) ÿLӅXQj\WѭѫQJÿѭѫQJ

WURQJÿyK s !0 là ma trұQ[iFÿӏQKGѭѫQJWKuU}UjQJWKӓDPmQÿLӅu kiӋn trên

T T T s s d u S g K sign S S f x S x (3.8) Áp luұt luұWÿLӅu khiӇn (3.8) vào cho các hӋ thӕng tuyӃQWtQKKyDÿm[k\Gӵng ӣ trên ta có thӇ ÿLӅu khiӇQÿѭӧc viӋc lһn-nәLYjJyFKHDGLQJFKR$89;pWÿӕLWѭӧng ÿLӅu khiӇn là hӋ bұFÿLӅu khiӇQJyFÿӏQKKѭӟQJ$89WKHRSKѭѫQJQJDQJNӃt hӧp vӟi (3.1) ta có [12]:

( ) zz r v u uvl uvd r urd uud R r zz r v v r r r

7URQJ ÿyd r là tәng cӫa các thành phҫn sai sӕ trong quá trình tuyӃn tính hóa và nhiӉu ngoҥi lӵFWiFÿӝng vào hӋ thӕng

( v u uvl uvd ) ( r urd ) v v r r r ( zz r ) r zz r uud r zz r r r

Tӯ (3.9) và (3.10)WDVX\UDÿѭӧFSKѭѫQJWUuQKWUҥng thái hӋ bұFÿLӅu khiӇn góc ÿӏQKKѭӟQJ$89WKHRSKѭѫQJQJDng:

Tӯ ÿk\WDWKLӃt kӃ luұWÿLӅu khiӇQFKRÿӕLWѭӧng vӟi 2 thành phҫn gӗm: x u sw : LuұWÿLӅu khiӇn chuyӇQÿәi u sw ÿѭDKӋ thӕng vӅ mһWWUѭӧt, phө thuӝc cách chӑn luұt tiӃp cұn x u eq : LuұWÿLӅu khiӇQWѭѫQJÿѭѫQJu eq giӳ hӋ thӕng trên mһWWUѭӧWFKRÿӃn khi ÿҥt yêu cҫXÿLӅu khiӇQFyÿѭӧc bҵng cách giҧLSKѭѫQJWUuQKÿһFWUѭQJs 0 khi không có nhiӉu

Ta có công thዜc m዁ዛዘt: s e ke (3.12)

Vұy, luұWÿLӅu khiӇn tәng hӧp cho ta:

1 eq r d r sw r r eq sw r d r u ke f g u Ksign s g u u u ke f Ksign s g

7URQJÿy e \ \ d ĈӇ có thӇ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFJyFKHDGLQJȥFӫa mô hình 6 DOF AUV, chiӃQOѭӧt là ta sӁ ÿLӅu khiӇn giӳ FKRJyFSLWFKșYӅ gҫn bҵng 0, vì tӯ (3.11) viӋFÿLӅu khiӇn góc heading sӁ bӏ ҧQKKѭӣng bӟLJyFșWDWLӃn hành xây dӵng bӝ ÿLӅu khiӇQ3,'ÿӇ giӳ góc này gҫn bҵng 0 hay xây dӵng giҧi thuұWÿLӅu khiӇQ3,'ÿӇ ÿLӅu khiӇn vӏ trí cӫa ÿӕi trӑng nhҵm giӳ FKR $89 OX{Q KѭӟQJ QJDQJ ĈLӅu khiӇQ JyF KHDGLQJ FǊQJ

31 ÿӗQJQJKƭDYӟi viӋF WDÿLӅu khiӇn góc cánh lái G R GRÿyWD VӁ xây dӵng bӝ ÿLӅu khiӇQ60&ÿӇ ÿLӅu khiӇn góc cánh lái (Hình 3.1)

Bҧng 3.1 NhiӉXÿROѭӡng dùng trong mô phӓng

Hình 3.1 Mô phӓQJÿLӅu khiӇn góc Heading dùng SMC vӟi nhiӉXÿROѭӡng

KӃt quҧ

ắ ĈLӅu khiӇn gúc heading khi khụng cú nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.2 KӃt quҧ ÿLӅu khiӇn góc Heading dùng SMC khi không có nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.3 Ĉӗ thӏ vӏ WUtWKHRSKѭѫQJ[\]YjJyFUROOSLWFK\DZGQJ60&NKL không có nhiӉXÿROѭӡng

33 Hình 3.4 Ĉӗ thӏ vұn tӕc u, v, w và vұn tӕc góc p, q, r dùng SMC khi không có nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.5 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫa cánh lái dùng SMC khi không có nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.6 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫDÿӕi trӑng dùng SMC khi không có nhiӉXÿR

Tӯ Hình 3.2, ta thҩy kӃt quҧ ÿLӅu khiӇQJyFKHDGLQJWѭѫQJÿӕi tӕt, thӡi gian xác lұp khoҧQJVÿӝ vӑt lӕ 1% Quan sát tín hiӋXÿLӅu khiӇn cánh lái Hình 3.5 và tín hiӋXÿLӅu khiӇQÿӕi trӑng Hình 3.6, ta thҩ\ÿӝ GDRÿӝQJWѭѫQJÿӕi ít không xҧy ra hiӋn Wѭӧng chattering ắ ĈLӅu khiӇn gúc heading khớ cú nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.7 KӃt quҧ ÿLӅu khiӇn góc Heading dùng SMC khi có nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.8 Ĉӗ thӏ vӏ trí WKHRSKѭѫQJ[\]YjJyFUROOSLWFK\DZGQJ60&NKLFy nhiӉXÿROѭӡng

35 Hình 3.9 Ĉӗ thӏ vұn tӕc u, v, w và vұn tӕc góc p, q, r dùng SMC khi có nhiӉXÿR

Hình 3.10 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫa cánh lái dùng SMC khi có nhiӉXÿROѭӡng

36 Hình 3.11 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫDÿӕi trӑng dùng SMC khi có nhiӉXÿROѭӡng

Tӯ Hình 3.7, ta thҩy kӃt quҧ ÿLӅu khiӇn góc heading khi có nhiӉX ÿR Oѭӡng WѭѫQJ ÿӕi tӕt, thӡi gian xác lұp khoҧng 30s Trҥng thái cӫD $89 FǊQJ ÿѭӧc giӳ theo mһt phҷng ngang Quan sát tín hiӋXÿLӅu khiӇn cánh lái Hình 3.10, ta thҩy dù GDRÿӝng khá nhiӅXQKѭQJWKӡLJLDQGDRÿӝng giӳa 2 lҫn chuyӇn cánh lái là khoҧng 5s cho gúc chuyӇn lӟn [-5 o ặ 19 o ] và 3s gúc chuyӇn nhӓ [-5 o ặ 5 o @ĈLӅu này là xác vӟi thӵc tӃ, góc cánh lái cӫa mô hình AUV2000 có thӇ ÿiSӭQJÿѭӧFWUѭӡng hӧSQj\GRÿyWtQKNKҧ WKLÿӇ áp dөng giҧi thuұW60&ÿLӅu khiӇn góc heading vào mô hình thӵc tӃ.

Giҧi thuұt dүQÿѭӡQJFKRSKѭѫQJQJDQJ

Xây dӵng giҧi thuұt dүQÿѭӡng

ĈLӅu khiӇn dүQKѭӟQJOjTXiWUuQKOjPFKRÿӕLWѭӧQJÿLWӟi mӝWÿLӇm cӕ ÿӏQKÿm biӃWWUѭӟc, tùy theo thiӃt kӃ PjSKѭѫQJWLӋn sӁ di chuyӇQWKHRÿLӇm cӕ ÿӏnh hoһc WKD\ÿәi theo thӡi gian [12], [13@&yKDLSKѭѫQJSKiSGүQÿѭӡng chính:

- 7DUJHWWUDFNLQJ%iPÿӕLWѭӧng): mô hình AUV sӁ di chuyӇn theo mӝt mөc tiêu nhҩWÿӏnh

- 3DWKIROORZLQJ%iPÿѭӡng): mô hình AUV sӁ di chuyӇn vӅ mӝWÿѭӡQJÿm ÿѭӧF ÿӏnh sҹn bҵng các waypoint mà không có bҩt kì mӝt ràng buӝc nào vӅ thӡi gian

Line of Sight (/26OjSKѭѫQJSKiSGүQÿѭӡng phә biӃQÿѭӧc sӱ dөng trong các SKѭѫQJ WLӋn tӯ hành Tuy là mӝW SKѭѫQJ SKiS ÿѫQ JLҧn nhҩW QKѭQJ QKLӅu thí nghiӋP FǊQJ QKѭ iS Gөng thӵc tӃ ÿm FKӭng minh tính hiӋu quҧ cӫa nó trong hӋ thӕQJEiPÿѭӡQJÿһc biӋt khi sӱ dөng cho nhӳQJSKѭѫQJWLӋn tàu thuyӅn trên mһt Qѭӟc [13] Lӧi ích cӫDSKѭѫQJSKiSQj\OjGӉ kӃt hӧp vӟi bӝ ÿLӅu khiӇn vì LOS sӁ luôn tính ra góc heading FzQ JӑL Oj JyFpsi) mong muӕn \ d Yj FKӍ FҫQ Eӝ ÿLӅX NKLӇQJL~SP{KuQKÿLWKHRJyFKHDGLQJ PRQJPXӕQQj\WKuÿӕLWѭӧQJVӁEiPÿѭӧF ÿѭӡQJÿLPRQJPXӕQ

HӋ thӕng dүQ ÿѭӡQJ GQJ SKѭѫQJ SKiS /26 WKѭӡQJ ÿѭӧc kӃt hӧp các bӝ ÿLӅu khiӇn PID, Fuzzy hoһF60&ÿӇ ÿLӅu khiӇQJyFFiQKOiLJL~SP{KuQK$89ÿL theo góc heading mong muӕn [14], [15], [16] 6ѫÿӗ khӕLÿѫQJLҧn cӫa hӋ thӕng Qj\QKѭHình 3.12

Hình 3.126ѫÿӗ hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn dүQÿѭӡng [15]

Hình 3.13 Mô hình cho vector LOS cӫa AUV

38 Giҧ sӱ rҵQJWjXÿDQJÿѭӧc hӝi tө vӅ ÿѭӡng nӕLKDLÿLӇm tham chiӃu (way-point) wp k

- wp k+1 QKѭHình 3.13 và gӑi H OjKuQKFKLӃXFӫDJӕFWӑDÿӝWkPFӫDP{KuQK$89 OrQÿѭӡQJWLӃSWX\ӃQWDÿӏQKQJKƭDVDLVӕ along track (x e ) và cross track ( y e ) cӫa tàu lҫQOѭӧt là khoҧng cách tӯ wp k ÿӃQH YjNKRҧQJFiFKWӯH ÿӃQJӕFWӑDÿӝ2 KLÿyWDFyF{QJWKӭFÿӇ [iFÿӏnh x e và y e là:

7URQJÿy x k , y k là tӑDÿӝ vӏ trí cӫDÿLӇm waypoint thӭ k (wp k ) trong hӋ tӑDÿӝ NED

N ô1, x, y là tӑDÿӝ vӏ trớ hiӋn tҥi cӫa tàu trong hӋ tӑDÿӝ NED, R T là ma trұn xoay trong chuyӇn hӋ tӑDÿӝÿѭӧF[iFÿӏnh theo công thӭc: cos sin sin cos

VàD P là góc tiӃp tuyӃQÿѭӧF[iFÿӏnh theo công thӭc

Khai triӇn (3.14) ta có: cos sin sin cos

MөF ÿtFKOjNKLӃn mô hình hӝi tө vӅ quӻ ÿҥo mong muӕn và bám theo quӻ ÿҥo, ÿLӅXQj\WѭѫQJÿѭѫQJYӟi viӋc kiӇm soát sai sӕ cross track y e nҵm trong giӟi hҥn cho phép hay nói cách khác: lim 0 of t y e (3.18)

Tӯ Hình 3.13, ta có thӇ [iFÿӏnh góc heading mong muӕn cӫa tàu theo công thӭc: arctan

39 Tùy theo nhiӅu mөF ÿtFK ӭng dөQJ SKѭѫQJ WLӋn sӱ dөQJ KD\ SKѭѫQJ SKiS Gүn ÿѭӡng mà vector LOS có thӇ ÿѭӧFÿӏQKQJKƭDWKHRQKLӅu cách khác nhau Cө thӇ trong ӭng dөQJSDWKIROORZLQJFKRSKѭѫQJWLӋQ/26ÿѭӧc [HPQKѭOjPӝt vector FyÿLӇPÿҫXÿһt tҥi trӑng tâm cӫDSKѭѫQJWLӋQYjÿLӇm cuӕLÿһt tҥi mӝWÿLӇm (xlos, ylosWUrQÿѭӡng tiӃp tuyӃn nӕLÿLӇm waypoint wpk và wpk+1 Vӏ WUtÿLӇm (xlos, ylos) sӁ FiFK ÿLӇm chiӃu vuông góc cӫD SKѭѫQJ WLӋQ WUrQ ÿѭӡng tiӃp tuyӃQ ÿLӇm giao giӳa ye Yjÿѭӡng mong muӕn) mӝt khoҧQJFiFK¨!7\WKXӝFYjRÿһFWtQKÿӝng hӑc cӫDSKѭѫQJWLӋn hay vҩQÿӅ TXDQWkPOjÿӝ chính xác hoһc hiӋu suҩt mà ta chӑn ¨FKRWKtFKKӧp NӃX[pW¨OjKҵng sӕ thì khi giá trӏ ¨FjQJQKӓSKѭѫQJWLӋn hӝi tө vӅ quӻ ÿҥo mong muӕn càng nhanh, tuy nhiên góc heading sӁ WKD\ ÿәi liên tөc nhiӅu lҫQ ÿzL Kӓi góc bánh phҧL WKD\ ÿәi liên tөc theo, hӋ thӕng có thӇ ÿiS ӭng không kӏp và thӡLJLDQÿiSӭQJWăQJNpRGjLTXiWUuQKÿLKӃt quӻ ÿҥo cӫDSKѭѫQJ tiӋQĈӇ giҧi quyӃt vҩQÿӅ WUrQQJѭӡi ta có thӇ [pW¨FyJLiWUӏ WKD\ÿәi theo thӡi gian tӯ nhӓ ÿӃn lӟn Tӯ Hình 3.13 ta có thӇ thҩy nӃX[pW¨OjKҵng sӕ thì khi giá trӏ ¨ càng nhӓ, thì vector LOS sӁ Kѭӟng càng vuông góc vӟLÿѭӡng tiӃp tuyӃn nên tàu hӝi tө vӅ quӻ ÿҥo mong muӕn càng nhanh, tuy nhiên tӯ công thӭc (3.19) sӁ có thӇ thҩy lúc này góc heading \ d sӁ WKD\ÿәi liên tөc nhiӅu lҫn khi y e ÿәi dҩuÿzLKӓi góc bánh lái hay momen quay phҧL WKD\ ÿәi liên tөc theo, hӋ thӕng có thӇ ÿiS ӭng không kӏp gây ra viӋFÿLӅu khiӇn kém hiӋu quҧ và có thӇ mҩt әQÿӏQKĈӇ giҧi quyӃt vҩQÿӅ WUrQQJѭӡi ta có thӇ [pW¨FyJLiWUӏ WKD\ÿәi theo thӡi gian tӯ nhӓ ÿӃn lӟn bҵng công thӭc: max min 2 min

7URQJÿy' max , ' min là hҵng sӕ biӇu thӏ giá trӏ lӟn nhҩt và nhӓ nhҩW¨ K ' OjKҵQJVӕ biӇu thӏ tӕFÿӝ WKD\ÿәi cӫD¨WKHR y e Các thông sӕ Qj\WKѭӡQJÿѭӧc chӑn tӯ thӵc nghiӋm

KӃt quҧ

ắ ĈLӅu khiӇn bỏm quӻ ÿҥo LOS dựng SMC khi khụng cú nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.14 Mô phӓng bám quӻ ÿҥR/26WKHRSKѭѫQJQJDQJNK{QJFyQKLӉXÿR

Hình 3.15 KӃt quҧ ÿLӅu khiӇn góc Heading dùng SMC + LOS không có nhiӉXÿR

41 Hình 3.16 Ĉӗ thӏ vӏ WUtWKHRSKѭѫQJ[\]YjJyFUROOSLWFK\DZGQJ60&

LOS khi không có nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.17 Ĉӗ thӏ vұn tӕc u, v, w và vұn tӕc góc p, q, r dùng SMC + LOS khi không có nhiӉXÿROѭӡng

42 Hình 3.18 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫa cánh lái dùng SMC + LOS khi không có nhiӉu ÿROѭӡng

Hình 3.19 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫDÿӕi trӑng dùng SMC + LOS khi không có nhiӉu ÿROѭӡng

Tӯ Hình 3.14, mô hình AUV bám theo quӻ ÿҥo sóng vuông khá tӕWFiFÿLӇm ZD\SRLQWÿӅXÿѭӧFÿLTXDWҥLFiFÿLӇm này, xҧy ra hiӋQWѭӧng vӑt lӕ GRDQKKѭӣng cӫa bán kính xoay chuyӇn cӫa mô hình AUV lӟn và bҧQWKkQP{KuQKFǊQJFyNKҧ QăQJ[RD\FKX\Ӈn kém, thӡi gian mô hình vӅ ÿѭӡng mҩt khoҧng 75s Hình 3.15 kӃt quҧ ÿLӅu khiӇn góc heading dùng SMC kӃt hӧS/26FǊQJ FKRÿiS ӭng tӕt Hình 3.16JyFșSLWFKYjÿӝ VkX]ÿѭӧc giӳ QJX\rQWKHRSKѭѫQJQJDQJ7ӯ Hình 3.18, ta thҩy tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫa cánh lái khá tӕt, tҥLFiFÿLӇm chuyӇn tín hiӋXÿӝt ngӝt ÿҥo hàm cӫa các phép tính trong bӝ ÿLӅu khiӇn SMC bӏ vô cùng nên dүQÿӃn hiӋn WѭӧQJWUiLGkXÿӝt ngӝWÿLӅu này sӁ ÿѭӧc giҧi quyӃt bҵng bӝ lôc thông thҩp trong thӵc tӃ Hình 3.19 là tín hiӋu vӏ WUtÿӕi trӑng, ta thҩ\FiFÿLӇPWKD\ÿәLFǊQJNKRQJ quá gҳt nên có khҧ thi áp dөng cho mô hình thӵc tӃ ắ ĈLӅu khiӇn bỏm quӻ ÿҥo LOS dựng SMC khi cú nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.20 Mô phӓng bám quӻ ÿҥR/26WKHRSKѭѫQJQJDQJNKLFyQKLӉXÿROѭӡng

44 Hình 3.21 KӃt quҧ ÿLӅu khiӇn góc Heading dùng SMC + LOS khi có nhiӉXÿR

Hình 3.22 Ĉӗ thӏ vӏ WUtWKHRSKѭѫQJ[\]YjJyFUROOSLWFK\DZGQJ60&

LOS khi có nhiӉXÿROѭӡng

45 Hình 3.23 Ĉӗ thӏ vұn tӕc u, v, w và vұn tӕc góc p, q, r dùng SMC + LOS khi có nhiӉXÿROѭӡng

Hình 3.24 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫa cánh lái dùng SMC + LOS khi có nhiӉXÿR

46 Hình 3.25 Tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫDÿӕi trӑng dùng SMC + LOS khi có nhiӉXÿR

Tӯ Hình 3.20, mô hình AUV bám theo quӻ ÿҥo sóng vuông khá tӕWFiFÿLӇm ZD\SRLQWÿӅXÿѭӧFÿLTXDWҥLFiFÿLӇm này, xҧy ra hiӋQWѭӧng vӑt lӕ GRDQKKѭӣng cӫa bán kính xoay chuyӇn cӫa mô hình AUV lӟn và bҧn WKkQP{KuQKFǊQJFyNKҧ QăQJ[RD\FKX\Ӈn kém, thӡi gian mô hình vӅ ÿѭӡng mҩt khoҧng 30s Hình 3.21 kӃt quҧ ÿLӅu khiӇn góc heading dùng SMC kӃt hӧp LOS có nhiӉXÿROѭӡQJFǊQJFKR ÿiS ӭng tӕt, thӡL JLDQ ÿiS ӭng khoҧng 15s Hình 3.22 JyF ș SLWFK Yj ÿӝ sâu z ÿѭӧc giӳ QJX\rQWKHRSKѭѫQJQJDQJ7ӯ Hình 3.24, ta thҩy tín hiӋXÿLӅu khiӇn cӫa cỏnh lỏi khỏ tӕt, thӡi gian chuyӇn gúc cỏnh lỏi tӯ [-9 o ặ 12 o ] là khoҧQJVÿLӅu này trong thӵc tӃ cөm cánh lái cӫa mô hình AUV có thӇ ÿiSӭQJÿѭӧc, tuy nhiên viӋc góc cánh lái xoay chuyӇn quá nhiӅu sӁ ҧQKKѭӥQJÿӃn chӃWOѭӧng cӫa thiӃt bӏGRÿy ta có thӇ dùng các bӝ lӑFÿӇ ÿLӅu chӍnh tín hiӋXÿLӅu khiӇn tӕWKѫQHình 3.25 cho kӃt quҧ tín hiӋXÿLӅu khiӇn vӏ trí cӫDÿӕi trӑng, vӏ WUtÿӕi trӑng di chuyӇn tӯ 8.5 cm ÿӃn 12.5 cm mҩt khoҧQJVÿLӅXQj\Ojÿ~QJYӟi thӵc tӃ YuKjQKWUuQKÿӕi trӑng khi chҥy hӃt công suҩt có thӇ ÿҥWV4XDÿyWDNӃt luұn, giҧi thuұWÿLӅu khiӇn SMC kӃt hӧp LOS có khҧ thi trong áp dөng mô hình thӵc tӃ phөc vө cho nhiӋm vө khҧo sát và dӵng bҧQÿӗ

Cҩu tҥo mô hình AUV2000

Cҩu tҥo cӫa AUV2000 (Hình 4.1) bao gӗm các chi tiӃt:

(1) PhҫQÿҫu AUV; (2) Phҫn thân AUV; (3) PhҫQÿX{L$89;\ODQKĈӕi trӑng; (6) MҥFKÿLӅu khiӇn; (7) Pin; (8) Xy ODQK&iQKÿX{L7KLӃt bӏ ÿҭy

Bҧng 4.1 Thông sӕ NƭWKXұWFѫEҧn cӫa mô hình AUV2000

.tFKWKѭӟF L2100mm x D250mm 9ұQWӕFWӕLÿD 3 knots ~ 1.5m/s

48 Xét mӝt con tàu, gӑi trӑng tâm cӫa nó là G, tâm nәi là B, tâm nghiêng ngang là M QKѭWURQJ [17] Ta xét bài toán sau:

Hình 4.2 Sӵ tҥo lұp cân bҵng cӫa tàu khi tàu có GM x m ,0,0 @ T Ta chú ý rҵng tәng khӕLOѭӧng

59 cӫa AUV là m m h m mx OjNK{QJÿәi Tӯ ÿk\WUӑng tâm và trӑng lӵc cӫa AUV sӁ ÿѭӧF[iFÿӏnh qua công thӭc sau:

> , , @ T h h mx mx h hx mx m , h hy , h hz T

Qua công thӭc (4.3) ta thҩy rҵng khi di chuyӇQÿӕi trӑng dӑc thì chӍ có x G thay ÿәi NhiӋm vө cӫDÿӕi trӑQJOjÿLӅu chӍnh góc pitch cӫa mô hình AUV Tuy nhiênÿӕi trӑng hiӋn tҥi chӍ cho phép AUV2000 cân bҵQJÿѭӧc góc pitch mà không cân bҵng ÿѭӧF JyF UROO 'R ÿykhi phҧL ÿLӅu khiӇn vұn tӕc cӫD SKѭѫQJ WLӋn (vì lúc này moment xoҳn do thiӃt bӏ ÿҭy tҥo ra sӁ WKD\ÿәi làm ҧQKKѭӣng và khiӃn góc roll dao ÿӝng FǊQJ QKѭ [iF Oұp ӣ giá trӏ khác 0) Vӟi các loҥL $89 WK{QJ WKѭӡQJ QKѭ REMUS trong Prestero [19]GRO~FQjRFǊQJYұn hành ӣ chӃ ÿӝ sӱ dөng thiӃt bӏ ÿҭy thì thiӃt bӏ ÿҭy sӁ ÿѭӧc mһFÿӏnh hoҥWÿӝng ӣ mӝt RPM cӕ ÿӏnh (nên sӁ có vұn tӕc vұn hành cӕ ÿӏnh) và các thiӃt bӏ bên trong cӫDSKѭѫQJWLӋn sӁ ÿѭӧc bӕ WUtÿӇ có y G , z G cân bҵng vӟi moment xoҳn do thiӃt bӏ ÿҭy tҥo ra nhҵm әQÿӏnh bӏ ÿӝng góc roll

Tӯ lý thuyӃt nêu trên, ta tiӃn hành các thí nghiӋPÿӇ [iFÿӏnh trӑng tâm cӫa mô hình AUV trong thӵc tӃ

&iFSKѭѫQJSKiS[iFÿӏnh trӑng tâm: ắ ĈRWUӑng tõm bҵng treo dõy

'QJÿӇ [iFÿӏnh trӑng tâm cӫa AUV theo trөc x bҵng cách treo AUV tҥi 2 vӏ WUtÿm[iFÿӏQKWUѭӟc trên thân cӫD$89ÿӇ AUV cân bҵng (góc pitch = 0), do lӵc tҥLKDLÿLӇm treo bҵQJ':0GLJLWDOZHLJKLQJPDFKLQHQKѭP{KuQKWURQJHình 4.20

60 Hình 4.20 ĈRWUӑng tâm dùng cân treo

Giҧ sӱ vӏ trí tҥLKDLÿLӇm treo lҫQOѭӧt là X1 và X2, giá trӏ lӵc tҥi hai vӏ WUtÿRÿѭӧc là

M1 và M2.KLÿyWUӑng tâm cӫa AUV có thӇ ÿѭӧF[iFÿӏnh bҵng công thӭc:

7X\QKLrQÿӇ WUHRÿѭӧc AUV nói riêng hay các thiӃt bӏ khác nói chung thì cҫn mӝt YzQJJiTXDQKWKkQYzQJJiQj\FǊQJFyNKӕLOѭӧng riêng cӫa nó, cho nên giá trӏ vӏ trí trӑQJWkPWtQKUDÿmEDRJӗm cҧ khӕi Oѭӧng cӫDYzQJJiQj\Yjÿ{LNKLFyWKӇ dүn tӟLNK{QJFKtQK[iF7X\QKLrQÿk\OjPӝWSKѭѫQJSKiSGӉ thӵc hiӋQFǊQJQKѭ có thӇ tính WRiQÿӇ bù phҫn sai sӕ do vòng gá gây ra ắ ĈRWUӑng tõm bҵng cõn éWѭӣQJFǊQJWѭѫQJWӵ QKѭcách dùng cân treoQKѭQJWDNK{QJWUHR$89Pj ÿӇ AUV trên 2 cân không biӃn dҥQJVDXÿyÿROӵc tҥi hai cân và sӱ dөng công thӭc (4.5) ÿӇ [iFÿӏnh vӏ trí trӑng tâm cӫD$89QKѭ Hình 4.213KѭѫQJSKiSQj\NK{QJ bӏ sai sӕ do vòng gá, tuy nhiên buӝc phҧLÿӇ AUV hoàn toàn cân bһng trên hai cân (góc roll = pitch = 0) Ngoài ra lӧi thӃ cӫDSKѭѫQJSKiSQj\OjGYұt thӇ có khӕi Oѭӧng rҩt lӟn hoһc quá to và dài khó ÿӇ treo thì vүn thӵc hiӋQÿѭӧc

61 Hình 4.21 ĈRWUӑng tâm dùng bҵQJFkQWKѭӡng

Giҧ sӱ vӏ trí tҥLKDLÿLӇm trên cân tính tӯ PǊL$89OҫQOѭӧt là X1 và X2, giá trӏ lӵc tҥi hai vӏ WUtÿRÿѭӧc là M1 và M2.KLÿyWUӑng tâm cӫa AUV có thӇ ÿѭӧF[iFÿӏnh bҵng công thӭc:

Tӯ nhӳQJѭXYjQKѭӧFÿLӇm cӫDSKѭѫQJSKiSÿRWUӑng tâm trên, và khӕLOѭӧng hiӋn tҥi cӫa AUV khá lӟn gҫn 77.5Kg Nên tác giҧ chӑQSKѭѫQJiQÿӇ ÿҧm bҧo an toàn cho hӋ thӕng và không quá phӭc tҥSÿӇ thӵc hiӋn Ta giҧ sӱ khӕLOѭӧng cӫa

$89ÿѭӧc phân bӕ ÿӅXTXDQKWKkQ$89QrQWDNK{QJ[pWÿӃn yG và zG, 2 thành phҫn này sӁ ÿѭӧc cân bҵng bҵng thӵc nghiӋm

Hình 4.22 HӋ FkQÿRWUӑng tâm mô hình AUV

62 7Uѭӟc khi thí nghiӋPÿRWUӑng tâm, ta phҧi tiӃn hành calib hӋ cân cân bҵQJÿӇ kӃt quҧ [iFÿӏnh trӑQJWkPÿ~QJQKҩt Ӣ ÿk\WDGQJWKѭӟc thӫ\ÿӇ xác ÿӏQKÿӝ cân bҵng cӫa hӋ bàn cân Hình 4.23

%ѭӟFWD[iFÿӏnh khoҧng cách tӯ ÿҫXPǊL$89ÿӃn các tâm cӫa 2 bàn cân Hình 4.24

Hình 4.24 ĈRNKRҧng cách tӯ PǊLFӫD$89ÿӃn tâm cӫa 2 bàn cân

%ѭӟFFKRÿӕi trӑng nҵm ӣ ÿҫXKjQKWUuQKÿӕi trӑng ӣ SKtDÿҫu cӫa AUV)

Hình 4.25WDWKXÿѭӧc kӃt quҧ sau

Bҧng 4.2 KӃt quҧ ÿRWUӑQJWkPNKLÿӕi trӑng ӣ ÿҫu hành trình

45.8 cm 37.56 Kg 146 cm 39.92 Kg 97.42 cm

7ѭѫQJWӵ QKѭYұy, ta thӵc hiӋQEѭӟFFKRÿӕi trӑng nҵm ӣ cuӕLKjQKWUuQKÿӕi trӑng ӣ SKtDÿX{LFӫa AUV)

Hình 4.26WDWKXÿѭӧc kӃt quҧ sau

Bҧng 4.3 KӃt quҧ ÿRWUӑQJWkPNKLÿӕi trӑng ӣ cuӕi hành trình

45.8 cm 36.28 Kg 146 cm 41.21 Kg 99.087 cm

Hình 4.25 Thí nghiӋP[iFÿӏnh trӑng tâm hӋ NKLÿӕi trӑng ӣ ÿҫu hành trình

64 Hình 4.26 Thí nghiӋP[iFÿӏnh trӑng tâm hӋ NKLÿӕi trӑng ӣ cuӕi hành trình

Tӯ B̫ng 4.2 và B̫ng 4.3, ta có kӃt quҧ ÿRWUӑng tâm cӫa mô hình AUV là xG1 97.42cm và xG2 FPÿӝ dӡi cӫa trӑQJWkPOjǻ[ FPHình 4.27)

Hình 4.27 KӃt quҧ thí nghiӋP[iFÿӏnh trӑng tâm cӫa AUV

Công thӭc lý thuyӃWÿӇ tính trӑng tâm nәi cӫa mӝt vұt thӇ trong chҩt lӓng theo hӋ tӑDÿӝ Oxyz chӑQWUѭӟFÿѭӧFWtQKQKѭVDX

, , z r r r x y là tӑDÿӝ trӑng tâm cӫa phҫn chҩt lӓng mà các phân tӕ vұt chiӃm chӛ và V K là thӇ tích cӫa các phân tӕ vұt chiӇm chӛ cӫa chҩt lӓng

Trong quá trình thiӃt kӃ ÿӇ tính trӑng tâm cӫa mӝt vұt ta có thӇ sӱ dөng các phҫn mӅPÿӇ hә trӧ tớnh toỏn QKѭ1;,QYHQWRUVROLGZRUGô

Vì AUV có hӋ thӕng pistol hút nhҧ Qѭӟc liên tөFGRÿyYӏ trí tâm nәi sӁ phө thuӝc vào viӋc thiӃt kӃ pistol cho nên viӋc biӃWÿѭӧFSKѭѫQJWUuQKFKX\ӇQÿӝng cӫa tâm nәi là rҩt quan trӑng trong thiӃt kӃ ĈӇ [iFÿӏnh trӑng tâm nәi cӫa AUV, ӣ WUDQJWKiLEDQÿҫXNKL$89FKѭDEӕ trí hӋ thӕng pistol - xylanh bên trong Ta sӱ dөng phҫn mӅP1;ÿӇ [iFÿӏnh trӑng tâm nәi cӫa AUV mà không có thӇ tích pistolVDXÿyÿһt hӋ tӑDÿӝ Oxyz tҥi vӏ trí tâm nәi TiӃp theo, bӕ trí pistol - [\ODQKYjR$89Yj[iFÿӏnh tâm nәi cӫa tàu theo hӋ tӑDÿӝ 2[\]ÿmWKLӃt lұSWUѭӟFÿyĈӇ dӉ dàng cho viӋc tính toán, ta bӕ trí pistol - xylanh phân bӕ ÿӕi xӭng trên trөc Ox và Oy cӫa hӋ tӑDÿӝ Oxyz, ta biӉu diӉn QKѭ Hình 4.28 ErQGѭӟi:

HӋ ballast cӫa AUV2000 là mӝWFѫFҩu pistol - xylanh ÿѭӧc bӕ WUtQKѭWURQJHình 4.28 Gӑi V fix là thӇ tích chiӃPQѭӟc cӫa AUV khi hӋ EDOODVWK~Wÿҫ\Qѭӟc và l fix là ÿӝ GjLÿҥi sӕ trên trөc x tính tӯ gӕF2ÿӃn tâm nәi cӫD$89O~Fÿy1ӃXÿһt V var là thӇ WtFKQѭӟFÿѭӧc xylanh nhҧ UDNKLÿyQyFy Pӕi liên hӋ vӟLÿӝ dӡi cӫa pistol theo công thӭc: var c c p

WURQJÿy S c là tiӃt diӋn cӫa cylinder, l c là chiӅu dài cӫa xylanh và x p là vӏ trí cӫa pistol .KLÿyWDFyF{QJWKӭF[iFÿӏnh tâm nәi và lӵc nәi cӫa AUV là:

WURQJÿyU là khӕLOѭӧng riêng cӫDQѭӟc, g là gia tӕc trӑQJWUѭӡng

Tӯ các công thӭc trên, ta thҩ\ÿѭӧFÿӇ [iFÿӏnh tâm nәi hҫXQKѭNK{QJSKө thuӝc vào khӕL Oѭӧng cӫa vұt thӇ bên trӑng và khӕL Oѭӧng mô hình AUV, mà chӍ phө thuӝc vào biên dҥng và thӇ tích chiӃPQѭӟc cӫa toàn bӝ mô hình, không giӕQJQKѭ viӋF[iFÿӏnh trӑng tâm mô hình AUV, ta sӁ hoàn toàn phө thuӝc vào khӕLOѭӧng cӫa hӋ Tuy nhiên, viӋFQj\NKiNKyNKăQYuWDFKѭDÿҧm bҧRÿѭӧc khӕLOѭӧng cӫa

$89Ojÿӗng nhҩt và khӕLOѭӧng mà ta cung cҩp cho phҫn mêm mô phӓng là sát vӟi thӵc tӃ, hay nói cách khác, ta sӁ GjQJ[iFÿӏQKÿѭӧc tâm nәi cӫa mô hình AUV nӃu QKѭ[iFÿӏQKÿѭӧc tâm hình hӑc cӫa toàn bӝ P{KuQK'RÿyYiӋc sӱ dөng phҫn mӅPÿӇ WtQKWRiQUDÿѭӧc tâm nәi là hoàn toàn khҧ thi và ta có thӇ WLQWѭӣng vào kӃt quҧ cӫa phҫn mӅm Sau khi chҥy mô phӓng hӋ thӕng AUV trong phҫn mӅP1;ÿӇ [iFÿӏnh tâm nәi ta có kӃt quҧ (Hình 4.30)

67 x Tәng thӇ tích cӫa mô hình AUV khi xylanh nhҧ hӃWQѭӟc là: 78.0787869950 (lít) x xB = -981.412157451mm khi xylanh nhҧ hӃWQѭӟc x Tәng thӇ tích cӫD P{ KuQK $89 NKL [\ODQK ÿҫ\ Qѭӟc là: 76.7550769304 (lít) x xB = -981.938945433mm (Hình 4.29NKL[\ODQKK~Wÿҫ\Qѭӟc

Hình 4.29;iFÿӏnh tâm nәLNKL[\ODQKK~Wÿҫ\Qѭӟc dùng phҫn mӅm NX

Hình 4.30 ThӇ tích chiӃPQѭӟc cӫa AUV khi xylanh nhҧ YjK~WQѭӟc

KӃt quҧ [iF ÿӏnh trӑng tâm và tâm nәi:

B cm c m m cm c x x d d d d Tӯ kӃt quҧ này, ta kӃt luұQÿѭӧc rҵng

68 hӋ thӕQJ$89ÿmWKLӃt kӃ có thӇ ngҭng hoһFFK~LÿҫXQKѭHình 4.7 Mһc khác, do thӇ tích cӫD [\ODQK NKL K~W ÿҫ\ Qѭӟc là 1.32 lít, so vӟi thӇ tích cӫa AUV là OtWOjNK{QJÿiQJNӇ, vì thӃ mà tâm nәLNK{QJWKD\ÿәi qua nhiӅu khoҧQJPP'RÿyYӟi tâm nәi và trӑQJWkPPjWD[iFÿӏQKÿѭӧc qua mô phӓng và thí nghiӋPOjWѭѫQJÿӕi tӕt và hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn có thӇ ÿiSӭQJÿѭӧc các yêu cҫXÿmÿӅ ra ViӋF[iFÿӏQKÿѭӧc góc ngҭQJYjFK~Lÿҫu sӁ ÿѭӧc thӵc nghiӋm và cho kӃt quҧ ӣ FiFFKѭѫQJVDX

Xây dӵng phҫn mӅm cho hӋ thӕng AUV

Chuҭn giao tiӃp Mavlink [22]

MAVLink là mӝt giao thӭc truyӅn thông có cҩX WU~F ÿѫQ JLҧQ WKѭӡQJ ÿѭӧc dựng trong giao tiӃp giӳa cỏc SKѭѫQJWLӋQNK{QJQJѭӡi lỏi 8$9$89529ô

MAVLink tuân theo mô hình thiӃt kӃ publish-subscribe và point-to-point kӃt hӧp hiӋQ ÿҥi: Các luӗng dӳ liӋu ÿѭӧF VHQW SXEOLVKHG Gѭӟi dҥng topics trong khi các giao thӭc con cҩX KuQK QKѭ JLDR WKӭc mission protocol hoһc giao thӭc parameter protocol là point-to-point

VӅ mһWNƭWKXұt, MAVLink thuӝc lӟp Application trong mô hình OSI, tӭc giao thӭc có thӇ chҥy trên nӅn các giao thӭc lӟp Transport (UDP/TCP), Network (IP), DataLink và Physical (Wifi, Ethernet), thұm chí có thӇ truyӅn thông bҵng Serial Cҩu trúc message cӫD0$9/LQNQKѭVDX

Cҩu trөc message cӫD PDYOLQN Fy WUѭӡng quan trӑng là SYS ID, COMP ID và 06* ,' 7URQJ 0$9/LQN V\VWHP GQJ ÿӇ chӍ mӝt tұp hӧp phҫn cӭng và phҫn mӅm thӕng nhҩt, quan hӋ chһt chӁ nhҵm thӵc hiӋn các tác vө nhҩWÿӏnh Trҥm kiӇm soát mһWÿҩW*&6Pi\ED\NK{QJQJѭӡi lái (Drone) hay robot tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc

$89 ÿӅu có thӇ coi là các hӋ thӕng riêng biӋt Mӛi hӋ thӕng có SYS ID riêng nhҵm phân biӋt vӟi các hӋ thӕng khác

Trong mӝt hӋ thӕng có nhiӅu phҫn cӭng (camera, servo, GPS module, IMU module ) và nhiӅu phҫn mӅm (autopilot, pathplanner, obstacle avoider ), mӛi thӭ ÿѭӧc

70 coi là mӝWFRPSRQHQWÿӏnh danh bҵng id riêng Khác vӟi sysid, compid cho tӯng loҥi thiӃt bӏ ÿѭӧF TX\ ÿӏnh sҹn bӣi MAVLink: compid = 1 ӭng vӟi autopilot, compid = 100 ӭng vӟi camera, compid = 195 ӭng vӟi pathplanner,

Chuӛi gӱi và nhұn các kiӇu message nhҩWÿӏQKÿӇ hoàn thành mӝt tác vө cө thӇ, trong MAVLink, gӑi là microservice Ba microservice quan trӑng nhҩt trong MAVLink là mission microservice, command microservice và parameter microservice

Hình 5.2 Cҩu trúc giao tiӃp cӫa 3 microservice: command, parameter và mission protocol

Giao diӋQNKLWDJLiPViW$89ÿDQJFKҥy trên mһWQѭӟc (nӃu AUV lһn xuӕng mһW Qѭӟc thì tín hiӋu giao tiӃp sӁ mҩt, GUI sӁ UѫL YjR WUҥng thái Lost Communication)

5.1.1.3 Xây dӵng giao diӋQQJѭӡi dùng cho mô hình AUV

Giao diӋQ ÿLӅu khiӇn cӫD $89 ÿѭӧc thiӃt kӃ dӵa trên nӅn tҧng cӫa QGroundControl (QGC) QGC là cong cө hӳu hiӋu và mҥnh mӁ ÿѭӧc sӱ dөng rӝng UmLFKRFiFSKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKNK{QJQJѭӡi lái QGC có cӝQJÿӝng opensource phát triӇn mҥnh mӁ, hiӋn cӝQJÿӗQJÿmSKiWWULӇn và cұp nhұt liên tөFÿӃn phiên bҧn 4.0.11 QGC sӱ dөng chuҭn giao tiӃSPDYOLQNYjÿmÿѭӧc chuҭn hóDÿӇ dӉ dàng cho

71 QJѭӡi dùng hiӋu chӍnh cho ӭng dөQJULrQJFiFSKѭѫQJWKӭc giao tiӃSFǊQJÿѭӧc xӳ Oêÿӗng bӝ ÿӇ WUiQK[XQJÿӝt luӗng dӳ liӋu

7URQJ ÿӅ tài này, tác giҧ sӱ dөng giao diӋQ 4*& ÿѭӧc phát triӇn bӣi ArduSub ArduSub là mӝt nhánh phát triӇn riêng cӫa QGC nhҵm phөc vө FKRFiFSKѭѫQJWLӋn tӯ KjQKGѭӟLQѭӟFQKѭ529$89ô9LӋc chӍnh sӱa giao diӋn QGC cho phỳ hӧp vӟLSKѭѫQJWLӋn AUV sӁ ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng ngôn ngӳ C++ và qml

Hình 5.3 Giao diӋQÿLӅu khiӇn chính cӫa AUV

Tӯ Hình 5.3, ta có giao diӋn chính cӫD4*&ÿѭӧc thiӃt kӃ lҥi vӟi 11 khӕLFѫEҧn: ắ Khӕi 1:

Là thanh công cө gӗPWUѭӡng: File và Widgets Trong Widgets cho phép lӵa chӑn các bҧng chӑn hӛ trӧ xem các gói tin, dӳ liӋu sonar scanner, phân tích gói tin, OѭXWUӳ dӳ liӋXYjÿӗ thӏ

72 Hình 5.4 Cӱa sә phân tích các gói tin

Hình 5.5 Cӱa sә hiӇn thӏ dӳ liӋu Sonar Scanner

Khӕi này là thanh bҧng chӑQGQJÿӇ chuyӇn qua lҥi giӳa các cӱa sә tác vө QKѭ cӱa sә thiӃt lұp giao tiӃp giӳa thiӃt bӏ và GUI, cӱa sә chӍnh sӱa các thông sӕ FjLÿһt mô hình (Hình 5.7), cӱa sӱa hoҥFKÿӏnh chiӃQOѭӧc di chuyӇn (mission) cho thiӃt bӏ, cӱa sә ÿLӅu khiӇn chính và cӱa sә GQJÿӇ xuҩt dӳ YjOѭXWUӳ dӳ liӋu (Log Data)

73 Hình 5.7 Cӱa sә ÿLӅu chӍnh các thông sӕ FjLÿһt mô hình ắ Khӕi 3:

Thanh trҥng thái cӫa hӋ thӕng bao gӗm: thông báo các trҥng thái lӛi cӫa hӋ thӕQJGXQJOѭӧng baterry 1 và baterry 2, trang tháo kӃt nӕi joystick, chӃ ÿӝ hoҥt ÿӝng cӫDP{KuQK$XWR'HSWK$XWR+HDGLQJ/260DQXDOôYjWUҥng thỏi cho biӃt hӋ thӕng ÿmÿѭӧc kích hoҥWKD\FKѭD ắ Khӕi 4:

Cӱa sә hiӇn thӏ trҥQJWKiLGXQJOѭѫQJEDWHUU\YjKLӋn tҥi Các thông sӕ hiӇn thӏ bao gӗPGXQJOѭӧng tәng cӫDSLQP$KGXQJOѭӧng pin còn lҥi (mAh), dung OѭӧQJSLQÿmVӱ dөng (mAh), phҫQWUăPGXQJOѭӧng còn lҥi (%ÿLӋn áp hiӋn tҥi cӫa SLQ9GzQJÿLӋQÿDQJWLrXWKө (mA) ắ Khӕi 5:

Thông tin vӅ trҥng thái cӫa cánh lái, bao gӗm: góc cánh lҥi hiӋn tҥi ( o ), tӕFÿӝ quay cӫa cánh lái (RPM), nhiӋWÿӝ cӫa motor cánh lái ( o &ÿLӋn áp hoҥWÿӝng cӫa cánh lái (V) và tҧi hiӋn tҥLFiQKOiLÿDQJFKӏu (N.m) ắ Khӕi 6:

HiӇn thӏ dӳ liӋu camera truyӅn tӯ mô hình AUV lên Gui thông qua WebSocket

Thông tin vӅ trҥng thái cӫDÿӕi trӑng và pistol, bao gӗm các thông sӕ sau: vӏ trí hiӋn tҥi (cm), phҫQWUăPEăP[XQJQKLӋWÿӝ ÿӝnJFѫ o C), nhiӋWÿӝ P{LWUѭӡng ( o C), tӕFÿӝ hiӋn tҥi cӫDÿӝQJFѫ530WӕFÿӝ ÿһt ± sӱ dөng cho bӝ ÿLӅu khiӇn 3,')X]]\530YjGzQJÿLӋQTXDÿӝQJFѫP$

Hình 5.8 Khӕi thông tin trҥng thái cӫDÿӕi trӑng và pistol ắ Khӕi 8:

7ѭѫQJWӵ QKѭNKӕi 7, khӕLQj\FǊQJKLӋn thӏ các thông sӕ WѭѫQJWӵ cӫDÿӝQJFѫ cho thiӃt bӏ ÿҭ\QKѭSKҫQWUăPEăP[XQJWӕFÿӝ ÿһt ± sӱ dөng cho bӝ ÿLӅu khiӇn PID, Fuzzy (RPM), tӕFÿӝ hiӋn tҥi cӫDÿӝQJFѫ530GzQJÿLӋQTXDÿӝng FѫP$QKLӋWÿӝ P{LWUѭӡng ( o C) và nhiӋWÿӝ ÿӝQJFѫ o C) ắ Khӕi 9:

HiӋn thӏ các thông tin trҥng thái cӫDP{KuQK$89QKѭÿӝ sâu hiӋn tҥi ± so vӟi mһWQѭӟc (m), tӕFÿӝ (m/s), góc heading ( o ), góc roll ( o ), góc pitch ( o ), giá trӏ ÿӝ sâu ± so vӟLÿi\PYjPӝt sӕ giá trӏ liên quan khác ta có thӇ WKrPYjRÿӇ hiӇn thӏ bҵng FiFKFjLÿһt trong nút

HiӇn thӏ trӵc quan trҥng thái góc roll và góc pitch cӫa mô hình AUV ắ Khӕi 11:

BҧQÿӗ ÿӏnh vӏ vӏ trí cӫa mô huQK$89ÿӗng thӡi hiӇn thӏ quӻ ÿҥo hoҥFKÿӏnh FKRÿLӅu khiӇn AUV

Hình 5.9 BҧQÿӗ hoҥFKÿӏnh quӻ ÿҥRÿѭӡQJÿLFKRP{KuQK$89.

NӅn tҧng ROS

Robotics Operating System (ROS) là mӝt hӋ thӕng phҫn mӅm chuyên dөQJÿӇ lұSWUuQKYjÿLӅu khiӇn robot, bao gӗm các công cө ÿӇ lұp trình, hiӇn thӏWѭѫQJWiF trӵc tiӃp vӟi phҫn cӭng, và kӃt nӕi cӝQJÿӗng robot trên toàn thӃ giӟi ViӋc sӱ dөng nӅn tҧng ROS sӁ giúp quá trình thӵc hiӋQ QKDQK KѫQYjtiӋn lӧi hѫQUҩt nhiӅu vì 526ÿmKӛ trӧ sҹn các gói công cө ÿmÿѭӧc lұp trình và chuҭn hóa cho dӉ sӳ dөng và phát triӇn

5.1.2.2 Lӧi ích cӫa viӋc sӱ dөng nӅn tҧng ROS

- Cҩu trúc phân tán: Các hӋ thӕng robot phӭc tҥp có nhiӅu liên kӃt vӟi nhiӅu Pi\WtQKÿӇ thӵc hiӋn các tác vө VRQJVRQJÿѭӧc kӃt nӕi qua mҥng ViӋc kӃt nӕi nhiӅu máy chӫ và hӋ thӕng trên cùng mӝt mҥng rҩt dӉ dүQÿӃn tҳc nghӁn hoһc xung ÿӝt nguӗn dӳ liӋu Sӱ dөng giao tiӃp ngang hàng hay cҩu trúc phҫn tán sӁ giúp tránh ÿѭӧc vҩQ ÿӅ này Trong ROS, kiӃn trúc phâ tán kӃt hӧp vӟi hӋ thӕQJ ÿӋm và hӋ thӕng tra cӭu (mӝt dӏch vө WrQÿѭӧc gӑi là 'master' trong ROS), cho phép mӛi thành phҫn giao tiӃp trӵc tiӃp vӟi bҩt kǤ thành phҫQQjRNKiFÿӗng bӝ hoһFNK{QJÿӗng bӝ theo yêu cҫu

- NhiӅu công cө hӛ trӧ sҹQ526ÿѭӧFÿyQJgói vӟi rҩt nhiӅu công cө hӛ trӧ FKRQJѭӡi dùng nhҵm rút ngҳn thӡLJLDQFKRQJѭӡi lұSWUuQKQKѭF{QJFө gӥ lӛi, mô hình hóa và thӵc hiӋn mô phӓng Các công cө QKѭUTWBJXLUYL]YjJD]HEROjPӝt trong sӕ các công cө mã nguӗn mӣ mҥnh mӁ ÿӇ gӥ lӛi, trӵc quan, và mô phӓng

- MiӉn phí và mã nguӗn mӣ: Là nӅn tҧng mã nguӗn mӣ cung cҩp nhiӅu công cө hӳu dөQJÿmÿѭӧc lұp trình sҹn, giúp lұp trình viên rút ngҳQÿѭӧc thӡi gian lұp WUuQKFǊQJQKѭFKӍnh sӱa lӛi

- Gӑn nhҽ: Các nhà phát triӇQ526FKRFiFWUuQKÿLӅu khiӇn và các thuұt toán NKiFÿѭӧc chӭa trong các tӋp thӵFWKLÿӝc lұSĈLӅXQj\ÿҧm bҧo tӕLÿDNKҧ QăQJWiL sӱ dөQJ Yj KѫQ KӃW Oj NtFK WKѭӟc cӫa các tұS Qj\ Fy GXQJ OѭӧQJ NK{QJ TXi OѫQ 3KѭѫQJSKiSQj\OjP cho ROS dӉ sӱ dөng, không phӭc tҥSĈLӅu này tҥRÿLӅu kiӋn thuұn lӧi cho viӋc kiӇm tra tӯQJÿѫQYӏ và các hӋ thӕQJÿmSKiWWULӇn có thӇ hoàn WRjQÿӝc lұp vӟi mӝt hӋ thӕng khác

- ĈDQJ{QQJӳ: Phҫn mӅm trung gian cho phép gӱi tin nhҳn thӕQJTXD526ÿӇ giao tiӃp giӳa các nút khác nhau Các nút này có thӇ ÿѭӧc lұp trình bҵng bҩt kǤ ngôn ngӳ nào mà ROS hӛ trӧ Chúng ta có thӇ lұp trình các nút vӟi hiӋXQăQJFDR bҵng ngôn ngӳ C ++ hoһc C và các nút khác bҵng ngôn ngӳ Python hoһF-DYDĈk\ là khҧ QăQJOLQKKRҥt có sҹn trong nӅn tҧng ROS mà không phҧi nӅn tҧQJQjRFǊQJ Fyÿѭӧc

- CӝQJÿӗQJQăQJÿӝng: ViӋc cӝQJÿӗng lұp trình nӅn tҧQJ526ÿѭӧc liên tөc nâng cҩp và phát triӇn giúp cho các công cө hӛ trӧ lұp trình viên ngày càng nhiӅu và ÿD Gҥng hóa giúp rút ngҳQ ÿѭӧc giӡi gian và chi phí, các công cө WUѭӟF ÿy FǊQJ ÿѭӧc vá lӛi và nâng cҩp trӣ nên hoàn thiӋn

5.1.2.3 Xây dӵng nӅn tҧng ROS trên mô hình AUV

NӅn tҧQJ526ÿѭӧc xây dӵng cho AUV (Hình 5.10) có 10 node: x /mission/Item_list: chӭa tӑDÿӝ FiFÿLӇPZD\SRLQWÿѭӧc tҥo ra tӯ quӻ ÿҥRÿһt PjQJѭӡi dùng muӕn mô hình AUV di chuyӇn theo x /joystick/data: chӭa dӳ liӋu vӅ giá trӏ ÿӑFÿѭӧc tӯ joystick x /my_auv2000_actuators/thruster: chӭa tҩt cҧ thông tin trҥng thái cӫa thiӃt bӏ ÿҭy x /my_auv2000_actuators/arm2: chӭa tҩt cҧ WK{QJWLQÿӑFÿѭӧc tӯ cҧm biӃn cӫa ERDUG$50QKѭFҧm biӃn áp suҩt, trҥng thái cánh lái, mҥch quҧn lý dung Oѭӧng pin khoang sau, cҧm biӃn phát hiӋQQѭӟc x /my_auv2000_actuators/arm1: chӭa tҩt cҧ WK{QJWLQÿӑFÿѭӧc tӯ cҧm biӃn cӫa ERDUG $50 QKѭ Fҧm biӃn phát hiӋQ Qѭӟc, mҥch quҧQ Oê GXQJ Oѭӧng pin NKRDQJ WUѭӟc, cҧm biӃn công tҳc hành trình, cҧm biӃQ DOWLPHWHU ÿLӅu khiӇn camera

Hình 5.10 Cҩu trúc các node trong hӋ thӕng ROS thiӃt kӃ cho AUV

78 x /my_auv2000_actuators/mass_shifter: chӭa tҩt cҧ thông tin trҥng thái cӫDÿӝng FѫÿLӅu khiӇQÿӕi trӑng x /my_auv2000_actuators/pistol: chӭa tҩt cҧ thông tin trҥng thái cӫD ÿӝQJ Fѫ ÿLӅu khiӇn pistol x /my_auv2000_sensors/gps_dvl_ins_data: chӭa tҩt cҧ thông tin trҥng thái vӅ tӑDÿӝ latitude, longtitude, góc roll/pitch/yaw, vұn tӕc góc, vұn tӕc dài, x /sonar_scanner/image/image_topics: dӳ liӋu hình ҧnh cӫa cҧm biӃn sonar scanner x /usb_cam_sony/image/image_topics: dӳ liӋu hình ҧQKWKXÿѭӧc tӯ camera

Dӳ liӋu camera và sonar tӯ 2 node /usb_cam_sony/image/image_topics và VRQDUBVFDQQHULPDJHLPDJHBWRSLFV ÿѭӧc pushlish thông qua WebSocket WebSocket là mӝWJyLÿѭӧc ROS hӛ trӧ, hoҥWÿӝng dӵDWUrQSKѭѫQJWKӭc TCP/IP, cung cҩp giao thӭc giao tiӃp hai chiӅu mҥnh mӁ và Fyÿӝ trӉ thҩp và dӉ xӱ lý lӛi Do có khҧ QăQJ[ӱ Oê ÿѭӧF Oѭӧng dӳ liӋu lӟn vӟLÿӝ trӉ thҩp nên rҩt hiӋu quҧ trong truyӅn dӳ liӋu camera, hỡnh ҧQKô+uQKҧnh tӯ camera và sonar scanner sӁ ÿѭӧc gӱi lên WebSocket trong mҥng LAN Hình 5.11

Hình 5.11 Dӳ liӋu hình ҧnh camera và sonar scanner trên WebSocket

Xây dӵng phҫn cӭng cho hӋ thӕng AUV

Tông quan hӋ thӕQJÿLӋn

5RERWÿѭӧc kӃt nӕi vӟLWUXQJWkPÿLӅu khiӇQÿһt trên mһWQѭӟc (trên bӡ, trên tàu mҽôWK{QJTXDKӋ thӕng khụng dõy RF, GSM/GPRS và Wifi, cú nhiӋm vө truyӅn lӋQK ÿLӅu khiӇn tӟi robot, truyӅn dӳ liӋX WKX ÿѭӧc tӯ robot vӅ trҥP WUXQJ WkP ÿӇ quҧn lí và ra lӋQKÿLӅu khiӇn

KӃt cҩu hӋ thӕQJ ÿLӅu khiӇn cӫD $89 ÿѭӧc biӇu diӉQ QKѭ Hình 5.12 Bӝ xӱ lý trung tâm cӫa AUV sӱ dөng máy tính Jetson Nano có khҧ QăQJ[ӱ lý tӕFÿӝ cao các WK{QJWLQÿѭӧc truyӅn vӅ, tҥo tiӅQÿӅ cho AUV áp dөng các giҧi thuұt cҩp cao vӅ dүQKѭӟQJ*XLGDQFHYjÿLӅu khiӇn (ContUROÿӇ phөc vө tӯng yêu cҫu vұn hành cө thӇ HӋ thӕng thu thұp dӳ liӋu tӯ cҧm biӃQYjÿLӅu khiӇQFiFFѫFҩu chҩSKjQKÿѭӧc thiӃt kӃ sӱ dөQJFiFYLÿLӅu khiӇn lõi ARM tӕFÿӝ FDR670)[Yjÿѭӧc kӃt nӕi vӟi nhau theo chuҭn truyӅn thông CAN có tӕFÿӝ truyӅQWLQOrQÿӃn 1Mbit Ngoài

UD $89 FzQÿѭӧc trang bӏ hӋ thӕng các cҧm biӃn mҥnh mӁ, giúp robot thu thұp chính xác các thông tin vӅ trҥQJWKiLÿDQJKRҥWÿӝQJYjP{LWUѭӡQJ[XQJTXDQKÿӇ tӯ ÿyKӛ trӧ cho viӋFURERWÿѭDUDTX\ӃWÿӏQKÿLӅu khiӇn HӋ thӕng cҧm biӃn bao gӗm: cҧm biӃn góc nghiêng (sai sӕ ÿӝ), cҧm biӃn GPS (sai sӕ PWKHRSKѭѫQJ ngang), cҧm biӃn vұn tӕc DVL (sai sӕ 1% ± 1mm/s), cҧm biӃQ ÿӝ cao ÿi\ ELӇn (Alimeter) và cҧm biӃQÿӝ sâu mһWQѭӟc (Pressure sensor)

Tәng khӕLOѭӧng cӫa hӋ thӕQJÿLӋn bao gӗm các board mҥch và cҧm biӃn gҫn 8Kg Tӯ FѫVӣ lý thuyӃt vӅ phân bӕ khӕLOѭӧng tӯng phҫQWURQJP{KuQK$89ÿӇ ÿҥWÿѭӧc vӏ trí tâm nәi B nҵm trên trӑng tâm G nhҵm tránh mô hình AUV bӏ lұt ngӱa Hình 4.3

80 Hình 5.12 Bӕ trí thiӃt bӏ ÿLӋn cho mô hình AUV

5.2.1.2 Xây dӵng hӋ thӕng nguӗn

Hình 5.13 HӋ thӕng phân bӕ nguӗn 40Ah/58.8VDC cho mô hình AUV

Hình 5.13 cho thҩy phân bӕ nguӗn trong hӋ thӕng AUV Nguӗn cho hӋ thӕng AUV gӗm 2 nguӗQSLQ9'&$Kÿѭӧc mҳc nӕi tiӃp vӟLQKDXÿӇ tҥo thành nguӗn 58.8VDC/40Ah cung cҩS ÿL FKR WRjQ KӋ thӕng AUV NguӗQ ÿѭӧc hҥ áp xuӕng

81 9'&9'&9'&ÿӇ cung cҩp cho các board mҥFKÿLӋn, cҧm biӃn, thiӃt bӏ ÿҭ\ô

Hình 5.14 HӋ thӕng phân bӕ nguӗn 10Ah/32VDC cho mô hình AUV

HӋ thӕng nguӗn 32VDC/10Ah Hình 5.14 không chӍ ÿѭӧc sӱ dөng riêng cho OjPÿӕi trӑQJPjFzQÿѭӧFGQJÿӇ cung cҩp nguӗn cho cөPÿLӅu khiӇQÿӕi trӑng và cөm pistol ± xylanh ViӋc chia ra hai nguӗn nhҵm mөFÿtFKGӵ SKzQJWURQJWUѭӡng hӧp hӋ AUV gһp lӛi hoһc khҭn cҩSQKѭKӋ thӕng rũ rӍ QѭӟFÿӝQJFѫJһp vҩQÿӅô Khi hӋ AUV gһp trөc trһc, mҥch kích nguӗn sӁ kích ngҳt nguӗn tәng 9'&$KNKLÿyKӋ thӕng nguӗn 32VDC/10Ah vүn hoҥWÿӝng và cҩp nguӗn cho cөPÿӕi trӑng và pistol ± [\ODQKÿӇ ÿLӅu khiӇn vӅ trҥng thái giúp mô hình AUV nәi lên mһW Qѭӟc, dӉ dàng cho viӋc trөc vӟt mô KuQK $89 Ĉӗng thӡi mҥch GSM/GPRS sӁ gӱi tin nhҳn cho máy chӫ tӑDÿӝ cӫa mô hình AUV hiӋn tҥi

5.2.1.3 Xây dӵng hӋ thӕng giao tiӃp

Hình 5.15 HӋ thӕng giao tiӃp cӫa mô hình AUV

82 Tҩt cҧ dӳ liӋu cҧm biӃn sӁ ÿѭӧc thu thұp vӅ board ARM1, board ARM2, Jetson Nano, board ARM7 và thiӃt bӏ ÿҭy Các dӳ liӋu sau khi thu thұp sӁ ÿѭӧc truyӅn lên máy tính nhúng Jetson Nano thông qua chuҭn CAN vӟi tӕFÿӝ 1Mbps Các chuҭn giao tiӃS ÿѭӧc sӱ dөng trong hӋ bao gӗm: RS485, RS232, UART, TCP/IP và CANBUS.

HӋ thӕng truyӅn thông

HӋ thӕng truyӅn thông cӫa AUV2000 nhҵm hӛ trӧ cho mô hình giao tiӃp, truyӅn dӳ liӋu cҧm biӃn cҧm biӃn, thụng sӕ trҥng thỏi cỏc phҫn tӱ chҩSKjQKôOrQJLDR diӋQQJѭӡLGQJÿӗng thӡi, truyӅn các dӳ liӋXÿLӅu khiӇn tӯ giao diӋQQJѭӡi dùng xuӕng mô hình AUV HӋ thӕn truyӅn thông bao gӗm: wifi ± giao tiӃp chính giӳa

*8,YjP{KuQK$896,0Yj5)GQJWURQJWUѭӡng hӧp khҭn cҩp khi hӋ thӕng wifi gһp vҩQÿӅ hoһc mô hình AUV xҧy ra lӛi

Hình 5.16 HӋ thӕng truyӅn thông cӫa mô hình AUV.

HӋ thӕQJÿӏnh vӏ cho mô hình AUV

HӋ thӕQJĈӏnh vӏ Toàn cҫu (Global Positioning System - GPS) là hӋ thӕng xác ÿӏnh vӏ trí dӵa trên vӏ trí cӫa các vӋ tinh nhân tҥo, do Bӝ Quӕc phòng Hoa KǤ thiӃt kӃ, xây dӵng, vұn hành và quҧn lý Trong cùng mӝt thӡLÿLӇm, tӑDÿӝ cӫa mӝWÿLӇm trên mһWÿҩt sӁ ÿѭӧF[iFÿӏnh nӃX[iFÿӏQKÿѭӧc khoҧng cách tӯ ÿLӇPÿyÿӃn ít nhҩt ba vӋ tinh

83 Mӝt trong nhӳng hӋ thӕQJÿӏnh vӏ - dүQÿѭӡQJNKiFÿyOjKӋ thӕng dүQÿѭӡng quán tính INS (Inertial Navigation System)Ĉk\OjPӝt hӋ thӕng có khҧ QăQJKRҥWÿӝng ÿӝc lұSFKRSKpS[iFÿӏnh vӏ trí, vұn tӕFYjFDRÿӝ cӫa vұt thӇ Tuy nhiên, hӋ thӕng này lҥi gһp nhӳng lӛi nghiêm trӑng do hiӋQWѭӧng trôi cӫa các cҧm biӃn gia tӕc và vұn tӕc góc

HӋ thӕng INS hoҥWÿӝng dӵa trên cҧm biӃn IMU, có sai sӕ nhӓ trong thӡi gian ngҳn, tuy nhiên sai sӕ Qj\WtFKOǊ\WKHRWKӡi gian và không có giӟi hҥQ1Jѭӧc lҥi, hӋ GPS әQÿӏQKKѫQNKLKRҥWÿӝng thӡi gian dài, sai sӕ không bӏ WtFKOǊ\WKHRWKӡi gian và ÿӝ chính xác ÿӗng nhҩt Tuy nhiên hӋ thӕQJ*36FyQKѭӧFÿLӇm là tӕFÿӝ lҩy mүu chұm, vì vұ\ÿӕi vӟLFiFSKѭѫQJWLӋQÿDQJGLFKX\Ӈn nhanh hӋ GPS có thӇ không mô tҧ ÿ~QJFKX\ӇQÿӝng cӫa vұt HӋ thӕng INS tӕFÿӝ cao có thӇ cung cҩp chính xác trҥng thái cӫa vұt trong thӡi gian ngҳn và có thӇ GQJÿӇ nӝi suy quӻ ÿҥRÿѭDUD bӣi GPS Ngoài ra, hӋ thӕng INS có khҧ QăQJFXQJFҩp dӳ liӋu liên tөc, còn GPS có thӇ bӏ JLiQÿRҥn khi tín hiӋX*36NK{QJÿӃQÿѭӧc bӝ thu (ӣ nhӳQJQѫLFyQKLӅu nhà cao tҫng, vựng rӯQJ Q~Lô +Ӌ INS cú thӇ cung cҩp thờm cỏc thụng tin vӅ gúc xoay ba trөc, trong khi hӋ GPS chӍ có thӇ [iFÿӏQKÿѭӧc vӏ trí và vұn tӕc cӫa vұt Vì vұy ta có thӇ tích hӧp hӋ thӕQJÿӏnh vӏ *36,16ÿӇ Fyÿѭӧc mӝt hӋ thӕng vӯa kӃ thӯDÿѭӧFѭXÿLӇm, vӯa khҳc phөFQKѭӧFÿLӇm cӫa cҧ GPS và INS khi hoҥWÿӝng riêng lҿ ắ ĈiQKJLiV˯E͡ ho̩Wÿ͡ng cͯDPRGXOHÿ͓nh v͓ tớch hͫp GPS/INS:

TiӃn hành thu thұp dӳ liӋXYjÿiQKJLiGӳ liӋu module tích hӧp GPS/INS vӟi tҫn sӕ cұp nhұt GPS là 10 Hz, tҫn sӕ cұp nhұt INS là 100 Hz

Dӳ liӋu cӫa module tích hӧp sӁ ÿѭӧc so sánh vӟi dӳ liӋu tӯ các thiӃt bӏ tham chiӃu YjÿѭӧFÿiQKJLiWK{QJTXDVDLVӕ RMS có công thӭFQKѭVDX

84 Hình 5.17 6ѫÿӗ mҥch thu thұp dӳ liӋu

Di chuyӇn module GPS/INS vӟi vұn tӕFÿLEӝ trên mһWÿҩt

Hình 5.18 Ĉӗ thӏ JyFKѭӟng và sai sӕ JyFKѭӟng

Hình 5.19Ĉӗ thӏ vӏ trí 2D cӫa hӋ thӕng GPS/INS, GPS và RTK (tham chiӃu)

85 Bҧng 5.1 Sai sӕ RMS cӫa hӋ thӕng GPS/INS ÿӕi vӟi các thiӃt bӏ tham chiӃu

Bҧng 5.2 Sai sӕ RMS cӫa GPS so vӟi RTK

Tӯ kӃt quҧ thӵc nghiӋm, ta thҩ\FiFJyFKѭӟQJUROOSLWFK\DZÿӅu có sai sӕ nhӓ WURQJYzQJÿӝ)

Sai sӕ vӏ WUtWKHRSKѭѫQJQJDQJQKӓ KѫQP%rQFҥQKÿyNӃt quҧ ÿӏnh vӏ FǊQJÿѭӧc cҧi thiӋn so vӟi chӍ sӱ dөng hӋ thӕng GPS riêng lҿ Ĉһt module GPS/INS lên thuyӅn USV, di chuyӇQWURQJP{LWUѭӡng hӗ EѫL

86 Hình 5.20Ĉӗ thӏ vӏ trí 2D khi thӵc nghiӋm module GPS/INS trên thuyӅn USV

Do tín hiӋu GPS không tӕt nên quӻ ÿҥRѭӟFOѭӧQJÿѭӧc không trùng khӟp vӟi quӻ ÿҥR Fy ÿѭӧc tӯ thiӃt bӏ tham chiӃu Quӻ ÿҥR ѭӟF OѭӧQJ ÿѭӧc vүn có nhӳQJ ÿһc ÿLӇm giӕng vӟi quӻ ÿҥo tham chiӃXQKѭQJEӏ lӋQKÿLYjPpRGRNӃt quҧ ѭӟFOѭӧng còn phù thuӝc vào GPS Sai sӕ góc yaw so vӟi thiӃt bӏ tham chiӃXOjÿӝ, nguyên nhân có thӇ là do ҧQKKѭӣng tӯ WUѭӡng cӫa các thiӃt bӏ trên thuyӅn USV, cҫn tiӃn hành calib lҥi cҧm biӃn IMU

NӃu tín hiӋu GPS tӕWKѫQWKuFKҩWOѭӧng quӻ ÿҥRѭӟFOѭӧQJÿѭӧc sӁ ÿѭӧc cҧi thiӋn

Có thӇ thay giá trӏ GPS bҵng giá trӏ tӯ thiӃt bӏ tham chiӃX ÿӇ xem hiӋu quҧ ѭӟc Oѭӧng khi chҩWOѭӧQJ*36ÿѭӧc cҧi thiӋn

87 Hình 5.21 Quӻ ÿҥRFyÿѭӧc khi thay giá trӏ GPS bҵng giá trӏ tham chiӃu

5.2.3.2 Bӝ ÿӏnh vӏ DVl/INS Ĉӕi vӟi nhӳQJSKѭѫQJWLӋn di chuyӇQGѭӟLQѭӟc, tín hiӋu GPS dӉ bӏ mҩt, vì vұy mà làm giҧPÿӝ chính xác cӫDPRGXOHÿӏnh vӏ Lúc này cҫn mӝt cҧm biӃQNKiFÿӇ hӛ trӧ cho INS và cҧm biӃQ ÿѭӧc chӑn là DVL (Doppler Velocity Log) DVL là cҧm biӃQGѭӟLQѭӟc sӱ dөng hiӋu ӭng Doppler ÿӇ [iFÿӏnh vұn tӕFWѭѫQJÿӕi cӫa SKѭѫQJWLӋn vӟLGzQJQѭӟc và vӟi mһWÿi\7UrQWKkQ'9/FyWUDQGXFHUWKѭӡng gӑi là beam) phát sóng âm vӟi tҫn sӕ cao (khoҧQJN+]YjÿRWҫn sӕ tín hiӋu phҧn xҥ vӅ (tӯ các vұt thӇ trôi nәLGѭӟLQѭӟc và tӯ mһWÿi\Qѭӟc) Tӯ ÿyWtQKÿѭӧc vұn tӕc cӫDSKѭѫQJWLӋn thӫy theo 3 trөc x, y, z cӫDSKѭѫQJWLӋn (theo body-frame) Ngoài ra DVL không bӏ ҧQKKѭӣng bӣi tҫQJÿLӋn ly hoһc bӏ mҩWGRP{LWUѭӡng xung TXDQK QKѭ PiL FKH QKj FDR Wҫng nên rҩt thích hӧp dùng FKR FiF SKѭѫQJ WLӋn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc Khi ӣ Gѭӟi mһWQѭӟc, tín hiӋu GPS bӏ mҩWJLiQÿRҥn, kӃt hӧp dӳ liӋu tӯ hӋ ÿӏnh vӏ quán tính INS và cҧm biӃn DVL có thӇ phҫn nào khҳc phөFQKѭӧc ÿLӇm cӫa hӋ INS là sai sӕ WtFKOǊ\WKHRWKӡi gian, cҧi thiӋQÿӝ chính xác vӅ mһt vӏ trí

7DFǊQJWLӃQKjQKÿiQKJLiVѫEӝ khҧ QăQJKRҥWÿӝng cӫa hӋ thӕng DVL/INS trên thuyӅQ869WURQJP{LWUѭӡng hӗ EѫL4Xӻ ÿҥRѭӟFOѭӧQJÿѭӧFQKѭVDX

Hình 5.23Ĉӗ thӏ vӏ trí 2D thӵc nghiӋm module DVL/INS trên thuyӅn USV

Sӱ dөng giá trӏ tӯ thiӃt bӏ tham chiӃXÿӇ khӣi tҥo giá trӏ EDQÿҫu cho hӋ thӕng trong VÿҫXWLrQVDXÿyTXӻ ÿҥo sӁ ÿѭӧFѭӟFOѭӧng tӯ INS và DVL mà không có sӵ can thiӋp cӫa GPS MһFGVDLVyJyF\DZOjÿӝ QKѭQJTXӻ ÿҥRѭӟFOѭӧQJÿѭӧc có chҩWOѭӧng khá tӕt, có sai sӕ WKHRSKѭѫQJQJDQJVRYӟi thiӃt bӏ tham chiӃu là 0.6349 m

1JRjLUDÿӕi vӟi hӋ thӕQJ'9/,16WDFzQÿiQKJLiVDLVӕ thông qua phҫQWUăPVDL sӕ WKHRTXmQJÿѭӧc, tӭc là tӍ lӋ giӳa sai sӕ tҥi mӝt thӡLÿLӇm và tәQJTXmQJÿѭӡQJÿL

89 ÿѭӧFFKRÿӃn thӡLÿLӇPÿy6DLVӕ RMS tính theo cách này là 3.04% WK{QJWKѭӡng

HӋ thӕng cҧm biӃn

Cҧm biӃn trҧ vӅ giá trӏ áp suҩt trong bӗn áp suҩt vӅ FKRQJѭӡi sӱ dөng, tӯ giá trӏ áp suҩt này ta dӉ GjQJVX\UDÿѭӧc giá trӏ ÿӝ sâu hiӋn tҥi qua công thӭc:

7URQJÿy3iSVXҩt (Pa) ȡNKӕLOѭӧng riêng cӫa chҩt lӓQJȡfresh = 997.0474 kg/m 3 ȡsalt = 1023.6 kg/m 3 ) g: gia tӕFWURQJWUѭӡng, tҥi TP Hӗ Chí Minh là 9,787m/s 2

Kÿӝ sâu so vӟi mһWQѭӟc

Cҧm biӃn sonar scanner dùng trong mô hình AUV là loҥLVRQDUFѫmechanical sonar) [20], tích hӧSÿӝQJFѫ[RD\SKiWVyQJ[XQJYjRP{LWUѭӡQJWKHRKѭӟng xoay cӫDÿӝQJFѫGRÿyFҧm biӃQQj\FzQÿѭӧc gӑi là sonar side-scan hay single beam sonar (Hình 5.26) Vӟi sonar scanner cho phép AUV quét và phát hiӋQÿѭӧc các bұt thӇ xung quanh, phөc vө cho mөFÿtFKWUiQKYұt cҧn, xây dӵng bҧQÿӗ xung quanh, ô

Hình 5.26 Dҥng sóng [XQJSKiWÿLWӯ sonar

Cҧm biӃn altimeter (Hình 5.27GQJWURQJP{KuQK$89FKRSKpSWD[iFÿӏnh ÿӝ sâu tính tӯ AUV cho tӟLÿi\ELӃn, viӋF[iFÿӏnh này khá quan trӑng, giúp ích cho công tác dӵQJPiSÿi\ELӃQÿӗQJWKѫLGXQJWURQJWUiQKYұt cҧn và tránh AUV va chҥm vӟLÿi\ELӇQJk\KѭKҥL&ǊQJJLӕQJQKѭVRQDUVFDQQHUFҧm biӃn altimeter FǊQJVӱ dөng mӝWVLQJOHEHDPSKiWÿLYjWKXYӅ (Hình 5.28Fyÿѭӧc thӡLJLDQÿL và nhұn, tӕFÿӝ truyӅQVyQJkPWURQJQѭӟc, cҧm biӃQDOWLPHWHUWtQKÿѭӧFÿӝ sâu tӯ cҧm biӃn so vӟLÿi\ELӇn

Hình 5.28 Nguyên lý hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃn altimeter

FCB-IX11A Color Block Camera là dòng camera màu cӫa hãng Sony vӟi khҧ QăQJWӵ ÿӝng lҩy nét kӃt hӧp chip DSP (Digital Singal Processing), 40x Zoom Ratio (10x optical, 4x digital) Giao tiӃp chuҭn TTL vӟi tӕF ÿӝ ESV ÿҫu ra là tín

92 hiӋu composite video signal Trong luұQYăQGQJFDPHUDNӃt hӧp vӟL(DV\&DSÿӇ chuyӇn vӅ tín hiӋu sӕ truyӅn Jetson Nano ÿӇ xӱ lí.

ThiӃt bӏ ÿҭy cho mô hình AUV

LoҥLÿӝQJFѫ Brushless DC

.tFKWKѭӟc 'jLPP[Ĉѭӡng kính 86mm

Chӕng thҩm Khӟp nӕi tӯ Ĉӝ sâu hoҥWÿӝng 100 m

5.2.5.1 Giҧi thuұWÿLӅu khiӇn thiӃt bӏ ÿҭy

Hình 5.31 /ѭXÿӗ giҧi thuұWÿLӅu khiӇn tӕFÿӝ ÿӝQJFѫÿҭy

Bӝ ÿLӅu khiӇQ3,'ÿѭӧc sӱ dөng rông rãi vì có cҩXWU~FÿѫQJLҧn, tuy nhiên nó chӍ cho khҧ QăQJÿiSӭng tӕWÿӕi vӟi các mô hình tuyӃn tính Trong thӵc tӃ, các mô KuQKWKѭӡng có các thành phҫn phi tuyӃn, vì thӃ bӝ ÿLӅu khiӇQ3,'WKѭӡng chӍ cho ÿiSӭng tӕt tҥi mӝt sӕ ÿLӇm làm viӋF[iFÿӏQKFiFÿLӇm còn lҥi chҩWOѭӧQJWKѭӡng NpPKѫQ &KҩWOѭӧQJFӫDEӝÿLӅXNKLӇQVӁWKD\ÿәLNKLWKD\ÿәLFiFKӋVӕ.p, Ki,

Kd Trên OêWKX\ӃWFiFKӋVӕQj\FyҧQKKѭӣQJOүQQKDXWX\QKLrQWDFyWKӇNKiL TXiWҧQKKѭӣQJFӫDFiFWK{QJVӕQKѭVDX [21]:

- HӋ sӕ tӍ lӋ Kp ҧQKKѭӣQJÿӃn tӕFÿӝ ÿiSӭng và tính chính xác cӫa hӋ thӕng NӃu hӋ sӕ Kp lӟn thì thӡLJLDQÿiSӭng nhӓ lҥi, sai sӕ xác lұp nhӓ lҥi, tuy nhiên vӑt lӕ WăQJÿ{LNKLGүQÿӃn hӋ thӕng mҩt әQÿӏQK1Jѭӧc lҥi khi hӋ sӕ Kp nhӓ thì thӡi JLDQÿiSӭng và sai sӕ xác lұp sӁ WăQJOrQGүQÿӃQÿiSӭng chұm và không chính xác

- HӋ sӕ tích phân Ki triӋt tiêu sai sӕ xác lұp Khi hӋ sӕ Ki càng lӟn thì thӡi gian xác lұp càng nhӓ, tuy nhiên khi Ki quá lӟn thì sӁ gây ra hiӋQWѭӧng bão hòa khâu WtFKSKkQJk\QrQÿӝ vӑt lӕ lӟn cho hӋ thӕQJ1Jѭӧc lҥi thì nӃu Ki quá nhӓ thì thӡi gian xác lұp sӁ WăQJOrQ

- HӋ sӕ vi phân Kd cҧi thiӋn ÿһc tính ÿӝng hӑc cӫa hӋ thӕng, chӫ yӃu ÿiӅu tiӃt sӵ thay ÿәi cӫa sai sӕ, tránh các sӵ thay ÿәi ÿӝt ngӝt NӃu Kd lӟn sӁ thúc ÿҭy hãm sӵ thay ÿәi sai sӕ, vì thӃ thӡi gian xác lұp sӁ tăng lên, tuy nhiên sӁ tăng khҧ năng chӕng nhiӉu cӫa hӋ thӕng

Hình 5.32 CҩXWU~FFѫEҧn cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn PID ắ Bӝ ÿLӅu khiӇn Fuzzy

Tӯ các bӝ ÿLӅu khiӇn ӣ trên ta thҩy bӝ ÿLӅu khiӇQ3,FKRÿiSӭng tӕt, tuy nhiên do sӱ dөQJSKѭѫQJSKiSWKӱ - sai nên mҩt nhiӅu thӡLJLDQKѫQFKRYLӋc tìm thông sӕ Vì vұy bӝ ÿLӅu khiӇn mӡ (bӝ ÿLӅu khiӇn Fuzzy) sӁ giúp ta tìm thông sӕ nhanh

95 KѫQtWSKpSWKӱ KѫQYjÿiSӭQJWѭѫQJÿѭѫQJYӟi bӝ ÿLӅu khiӇn PI Bӝ ÿLӅu khiӇn mӡ sӱ dөng logic mӡ ÿӇ [iFÿӏnh quan hӋ giӳa ngõ vào và ngõ ra Logic mӡ diӉn ÿҥt các quy tҳc theo ngôn ngӳ tӵ nhiên, rҩt phù hӧS ÿӇ mô tҧ các bӝ ÿLӅu khiӇn phӭc tҥp Tuy nhiên bӝ ÿLӅu khiӇn mӡ ÿѭӧc xây dӵng dӵa vào kinh nghiӋm chuyên gia, vì thӃ không có mô hình toán hӑFQjRÿѭӧFGQJÿӇ diӉn tҧ bӝ ÿLӅu khiӇn mӡ, và bӝ ÿLӅu khiӇn mӡ FǊQJNK{QJSKө thuӝc vào mô hình toán hӑc cӫa hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn [21]

Hình 5.33 CҩXWU~FFѫEҧn cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn Fuzzy

Bӝ ÿLӅu khiӇn mӡ sӁ gӗm 2 ngõ vào: sai sӕ và vi phân cӫa sai sӕ, hai ngõ vào này WUѭӟc khi vào bӝ ÿLӅu khiӇn chính sӁ ÿLTXD Eӝ tӍ lӋ ÿӇ chuҭn hóa giá trӏ vӅ miӅn [0,1] hoһc [-1,1] Bӝ ÿLӅu khiӇn có 1 ngõ ra là vi phân giá trӏ ÿLӅu khiӇn, giá trӏ này tӯ miӅQÿѭӧc chuҭQKyDÿLTXDEӝ tӍ lӋVDXÿyÿLTXDEӝ WtFKSKkQÿӇ tӯ vi phân giá trӏ ÿLӅu khiӇn thành giá trӏ ÿLӅu khiӇn Bӝ ÿLӅu khiӇn mӡ chính sӁ gӗm các hàm liên thuӝc và các luұt mӡ ÿӇ [iFÿӏnh giá trӏ mӡ ngõ ra

Bҧng 5.4 Bҧng luұWÿLӅu khiӇn mӡ

NB NM NS ZE PS PM PB

NB NB NB NB NM NM NS ZE

NM NB NB NM NM NS ZE PS

NS NB NM NM NS ZE PS PM

ZE NM NM NS ZE PS PM PM

PS NM NS ZE PS PM PM PB

PM NS ZE PS PM PM PB PB

PB ZE PS PM PM PB PB PB

Giҧi thích mӝt sӕ luұt mӡ trong bҧng:

- E = ZE, DE = ZE: lúc này giá trӏ thӵc bҵng vӟi giá trӏ ÿһWYjÿӝ WKD\ÿәi sai sӕ bҵng 0, tӭFOjO~FQj\ÿmәQÿӏQKÿѭӧc tӕFÿӝ, vì vұy ta không cҫQWKD\ÿәi giá trӏ ÿLӅu khiӇn (DU = ZE)

- E = NB, DE = NB: lúc này sai sӕ là âm lӟn, tӭc là giá trӏ thӵFÿDQJOӟQKѫQ nhiӅu giá trӏ ÿһt, ngoài ra vi phân sai sӕ FǊQJOjkPOӟn, tӭc là giá trӏ thӵc vӯa lӟn KѫQJLiWUӏ ÿһt, vӯDFy[XKѭӟng lӟn thêm, vì vұy ta chӑQ'8 1%ÿӇ giҧm giá trӏ ÿLӅu khiӇn lҥi

- E = ZE, DE = NB: lúc này sai sӕ là rҩt nhӓ, tuy nhiên do quán tính nên vi phân sai sӕ vүn có giá trӏ âm (tӭc là giá trӏ ÿһWÿDQJFy[XKѭӟQJWăQJOrQYuYұy ta chӑn giá trӏ ÿLӅu khiӇn âm, tuy nhiên không cҫn phҧi quá lӟn nên ta chӑn DU NM

- E = PB, DE = NB: sai sӕ OjGѭѫQJOӟn, vi phân sai sӕ có giá trӏ âm lӟn nên ta có thӇ NK{QJWKD\ÿәi giá trӏ ÿLӅu khiӇQ'8 =(ÿӇ ³FKӡ´ÿӇ cho sai sӕ dҫn vӅ 0

5.2.5.2 ThiӃt kӃ mҥch lái cho thiӃt bӏ ÿҭy

97 Hình 5.34 'ULYHUÿLӅu khiӇQÿӝQJFѫÿҭy

'ULYHUÿӝQJFѫÿҭ\ÿѭӧc thiӃt kӃ làm hai tҫng: tҫQJÿLӅu khiӇn và tҫQJÿӝng lӵc, nhҫPÿҧm bҧo nhiӋWÿӝ nóng lên tӯ tҫQJÿӝng lӵc không ҧQKKѭӣQJÿӃn tҫQJÿLӅu khiӇn sӁ làm hoҥWÿӝng cӫa tҫQJÿLӅu khiӇn bӏ sai lӋFKÿӗng thӡi nhҫm mөFÿtFK cách li và bҧo vӋ cho hai tҫng TҫQJ ÿLӅu khiӇn, sӱ dөQJ YL ÿLӅu khiӇn ARM STM32F103C8T6 vӟi tӕF ÿӝ xӳ lí nhanh cho phép áp dөng các giҧi thuұW ÿLӅu khiӇn PID, Fuzzy, Fuzzy-PID và cho tӕF ÿӝ tính toán nhanh Ngoài ra, trên tҫng ÿLӅu khiӇn còn có cҧm biӃn nhiӋWÿӝ ÿӇ ngҳt mҥch khi xҧy ra quá nhiӋt, cҧm biӃn GzQJGQJÿӇ ngҳt mҥch khi xҧy ra quá tҧLÿӝQJFѫÿҧm bҧRÿӝQJFѫFyWKӇ hoҥt ÿӝng mӝt cách an toàn và әQÿӏnh

5.2.5.3 ThiӃt kӃ giao diӋQÿLӅu khiӇn thiӃt bӏ ÿҭy

Giao diӋn phҫn mӅPÿѭӧc thiӃt kӃ trên nӅn tҧng C# cӫa Microsoft Visual Studio giao tiӃp vӟLYLÿLӅu khiӇn thông qua chuҭn giao tiӃp nӕi tiӃp CANBUS7URQJÿy giao diӋQÿѭӧc thiӃt kӃ vӟi 3 cӱa sә chính: x Communication: thiӃt lұp giao tiӃp vӟi USBCAN x Meassurement: hiӋn thӏ thông tin trҥng thái vӅ các giá trӏ ÿR Oӵc tӯ loadcell, thông sӕ trҥng thái cӫDÿӝQJFѫQKѭWӕFÿӝ, duty cycle, nhiӋt ÿӝGzQJÿLӋQôYjWtQKLӋXÿLӅu khiӇn truyӅn xuӕQJFKRÿӝQJFѫÿҭy x Export Excel: xuҩt dӳ liӋu ra nhҵPÿӇ OѭXWUӳ YjSKkQWtFKÿiQKJLi

Hình 5.36 Cӱa sә giao diӋQÿLӅu khiӇn thiӃt bӏ ÿҭy

Cӱa sә giao diӋQÿLӅu khiӇn thiӃt bӏ ÿҭy Hình 5.36 ÿѭӧc chia làm 6 phҫn chính: 1 ± giá trӏ lӵFÿҭ\ÿӝQJFѫÿӑFÿѭӧc tӯ cҧm biӃn loadcell, 2 ± các thông sӕ trҥng thái cӫDÿӝQJFѫÿҭy, 3 ± dӯQJYjÿҧo chiӅXÿӝQJFѫ± nhұp giá trӏ duty cycle cho ÿӝQJFѫ± FiLÿһt thông sӕ bӝ ÿLӅu khiӇQ3,')X]]\FKRÿӝQJFѫYj± ÿӗ thӏ vӁ giá trӏ tӕFÿӝGzQJÿLӋn và lӵFÿҭy cӫDÿӝQJFѫÿҭy

+ӗWKӱQJKLӋPUӝQJ : 75 cm

&KLӅXFDRWӯFKkQvӏt lên mһWQѭӟc : 19.5 cm

&KLӅXFDRWӯPһWÿҩt lên mһWQѭӟc : 45 cm

Hình 5.38 HӋ thӕQJÿLӋQÿROӵFÿҭ\ÿӝng Fѫ

100 Hình 5.39 Ĉӗ thӏ ÿiSӭng bӝ ÿLӅu khiӇn Fuzzy,

Hình 5.40 Ĉӗ thӏ ÿiSӭng bӝ ÿLӅu khiӇn PID,

KӃt quҧ bӝ ÿLӅu khiӇn Fuzzy cho kӃt quҧ ÿiSӭQJWѭQJÿӕi tӕt, gҫQQKѭNK{QJ có hiӋQWѭӧng vӑt lӕ, sai sӕ ~14RPM, tuy nhiên tҥi thӡLÿLӇm khӣLÿӝng giá trӏ có JDLOjGRÿӝ phi tuyӃn cӫDP{KuQKÿӝQJFѫ%/'&YjFiFKӋ sӕ chӍnh tay nên FKѭD tӕLѭXYjFKӍ phù hӧp tҥi mӝWYjLÿLӇPÿһt Bӝ ÿLӅu khiӇn PID do hӋ sӕ FKѭDWӕt nên có hiӋQWѭӧng vӑt lӕ YjÿiSӭng chұm Tҥi các tӕFÿӝ cao cӫa cҧ 2 bӝ ÿLӅu khiӇn ÿӅXGDR ÿӝng mҥch là do các dòng xoáy tӯ ÿӝQJFѫWҥo ra gây làm rung hӋ thӵc nghiӋm dүn ÿӃn ҧQKKѭӣng viӋFÿRWӕFÿӝ ÿӝQJFѫ

Bӝ ÿiӅu khiӇn Fuzzy cy thӡLJLDQÿip ӭng tӕWKѫQtt GDRÿӝQJKѫQNK{QJFy vӑt lӕ so vӟi bӝ ÿLӅu khiӇQ3,'ѬXÿLӇm khic cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn Fuzzy lj viӋc dz tum cic thông sӕ cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn dӉ djQJKѫQVRYӟi bӝ ÿLӅu khiӇn PID ViӋc dz tum cic thông sӕ cho bӝ ÿiӅu khiӇn PID rҩt khy NKăQYj tӕn nhiӅu thӡLJLDQKѫQ

Tӯ kӃt quҧ ÿREҵng thӵc nghiӋm tҥi 8 tӕFÿӝ quay khác nhau: 300, 400, 500, 600,

700, 800, 900, 1000 rpm, ӣ mӛi tӕFÿӝ khic nhau, ta tiӃn hjnh lҩy mүu dӳ liӋu vӅ tӕFÿӝ, dzQJÿLӋn vj lӵFÿҭ\ÿӇ xӱ lê Sӱ dөQJSKpSWtQKWUXQJEuQKÿӇ xây dӵng quan hӋ giӳa các thông sӕ: LӵFÿҭy, tӕFÿӝ YjGzQJÿLӋn Sӕ Oѭӧng mүu lҩy khoҧng

2000 mүu vj thӵc hiӋn lҩy trung bunh thu ta cy Bҧng 5.5 QKѭVDX

Speed(rpm) Imotor(mA) Thrust(N)

KӃt quҧ bӕ trí hӋ thӕQJÿLӋn

Hình 5.45 KӃt quҧ lҳp ráp hoàn chӍnh hӋ thӕQJÿLӋn

Hình 5.46 KӃt quҧ bӕ trí hӋ thӕng nguӗn

105 Hình 5.47 KӃt quҧ bӕ trí hӋ ÿӏnh vӏ, giao tiӃp, quҧn lý pin

Hình 5.48 KӃt quҧ bӕ trí máy tính, board ARM2 và cҧm biӃn áp suҩt

106 Hình 5.49 KӃt quҧ bӕ trí board mҥFKNKRDQJÿҫu

Hình 5.50 KӃt quҧ bӕ trí mҥch nguӗn và mҥch quҧn lý SLQNKRDQJÿҫu

HӋ thӕQJÿLӋQÿѭӧc bӕ trí theo biên dҥng tròn và nӳDGѭӟi cӫa mô hình AUV nҵm duy trì trӑng tâm G luôn nҵPGѭӟi tâm nәL%ÿӇ $89ÿҥt trҥng tháo әQÿӏnh

HӋ thӕQJÿLӋQFǊQJÿѭӧc thӱ nghiӋm và chҥy әQÿӏnh

Vұn hành manual

Hình 6.1 KӃt quҧ vұn hành toàn hӋ thӕng: thiӃt bӏ ÿҭy, cánh lái, giá trӏ cҧm biӃn áp suҩt, gps/ins, altimeter

Hình 6.2 KӃt quҧ vұn hành toàn hӋ thӕQJÿӕi trӑng

108 Hình 6.3 KӃt quҧ vұn hành toàn hӋ thӕng: pistol - xylanh

Hình 6.4 KӃt quҧ vұn hành toàn hӋ thӕng: quҧn lý pin.

Thӱ nghiӋm trӑng tâm và tâm nәi ngoài bӇ Qѭӟc

Hình 6.5 KӃt quҧ kiӇm tra sӭc nәi cӫa mô hình AUV2000

109 Hình 6.6 KӃt quҧ kiӇm tra khҧ QăQJFkQEҵng cӫa mô hình AUV2000

LuұQYăQFѫEҧQÿm[k\GӵQJÿѭӧc mô hình AUV2000 có khҧ QăQJKRҥWÿӝng әQÿӏnh ӣ ÿӝ VkXPQѭӟc, tӯng phҫn tӱ chҩp hành trong hӋ QKѭFөPÿӕi trӑng, cөm cánh lái, cөm pistol ± xylanh và cөm thiӃt bӏ ÿҭ\FǊQJÿmÿѭӧc xây dӵng và kiӇm chӭng khҧ QăQJ KRҥW ÿӝng Các cҧm biӃn trong hӋ QKѭ *36'9/,166FDQQLQJ6RQDUDOWLPHWHUFDPHUDôÿӅu hoҥWÿӝng tӕt, chuҭn bӏ cho ỏp dөng cỏc giҧi thuұWÿLӅu khiӇQFѫEҧn vào mô hình AUV2000 Hình 6.5 và Hình 6.6 cho thҩy kӃt quҧ xây dӵng và bӕ trӑng tâm và tâm nәi cӫa mô hình là khá tӕWÿӝ nәi khoҧng 85% thӇ tích tәng thӇ cӫDP{KuQKO~FQj\SLVWROÿDQJQҵm ӣ giӳa xylanh, hay thӇ tích cӫa xylanh hiӋn tҥi chӭDOtWQѭӟc, viӋc AUV2000 có thӇ әQÿӏnh ӣ trҥng thái EDQÿҫu sӁ OjEѭӟFÿӋPÿӇ có thӇ thӵc hiӋn các công viӋc tiӃSWKHRQKѭiSJLҧi thuұt ÿLӅu khiӇQKHDGLQJÿӝ VkX/2660&ô

KӃt luұn

Thuұn lӧi

LuұQYăQQj\FѫEҧn xây dӵQJÿѭӧc hoàn chӍQKP{KuQKSKѭѫQJWLӋn tӵ hành GѭӟLQѭӟc (AUV):

- ĈѭDUDÿѭӧc biên dҥng tӕLѭXFKRP{KuQK

- Xây dӵQJÿѭӧc hӋ lai AUV truyӅn thӕng và Glider

- Xây dӵng hӋ thӕQJÿLӋn cho thӵc nghiӋm kiӇPWUDÿӗ bӅn và chӕng thҩm

- Cҧm biӃn strain ± gauge sӱ dөng trong quá trình thӵc nghiӋm kiӇPWUDÿӝ bӅn, chӕng thҩm dùng bӗn áp suҩW Fy ÿӝ phân giҧi thҩp dүQ ÿӃn kӃt quҧ không chính xác

- KiӇPWUDÿiQKJLiÿӝ bӅn vӓ, biӃn dҥng và chӕng thҩm chomô hình AUV Gѭӟi áp lӵFPQѭӟc

- ĈiQKJLiÿѭӧc khҧ QăQJKRҥWÿӝng cӫa các thiӃt bӏ ӣ ÿӝ VkXPQѭӟc, ӣ ÿk\OjWKLӃt bӏ ÿҭy và cánh lái

- ĈѭDUDFӣ sӣ lý thuyӃt hoàn chӍnh cho bӕ trí trӑng tâm và tâm nәi

- Xây dӵQJÿѭӧFFѫEҧn hoàn chӍnh hӋ thӕQJÿLӋn cho AUV, phөc vө mөc tiêu áp dөng các giҧi thuұWÿLӅu khiӇQWURQJWѭѫQJODL

- 1rXUDFѫEҧQFѫVӣ lý thuyӃt các giҧi thuұWÿLӅu khiӇn có khҧ WKLWURQJÿLӅu khiӇn thӵc tӃ

Trong thӡi gian thӵc hiӋn luұQYăQNK{QJWUҧnh khӓi nhӳng sai sót:

- Tác giҧ FKѭD Fy QKLӅu kinh nghiӋm trong mҧng thiӃt bӏ GѭӟL Qѭӟc khó NKăQEDQÿҫXWURQJJLDLÿRҥn chӕng thҩm

- HӋ thӕQJÿLӋQFKѭDÿѭӧc tӕLѭXGүQÿӃn tháo lҳSNKyNKăQJk\FKi\Qә

- Thӡi gian thӵc hiӋn luұQYăQKҥn chӃ, tác giҧ không có nhiӅXWKѫLJLan kiӇm tra và thӱ sai

- Áp dөng các giҧi thuұW Fѫ EҧQ QKѭ 3,' )X]]\ FKR ÿLӅu khiӇn góc pitch, KHDGLQJ+ѭӟng tӟi bám quӻ ÿҥo dùng giҧi thuұt LOS

- KӃt hӧp cҧm biӃQ 6RQDU 6FDQQHU Yj *36'9/,16 ÿӃ ӭng dөng trong tránh vұt cҧn, dӵng bҧQÿӗ Có thӇ kӃt hӧp vӟi camera thӫ thұp dӳ liӋu và quan trҳFP{LWUѭӡng

- Nhұn dҥng mô hình, cө thӇ ӣ ÿk\OjJyFSLWFKÿӇ áp dөng các giãi thuұWÿLӅu khiӇQQkQJFDRQKѭVOLGLQJ-mode, back-VWHSSLQJô

- Áp dөng giҧi thuұt LOS cho góc heading, cho lһn ± nәLKѭӟng tӟi khҧ QăQJ tӵ hành hoàn toàn thӵc hiӋn tác vө nhҩWÿӏnh

[1] Ngoc-Huy Tran, Thanh-Hai Chau ³6WXG\ 2Q $QDO\VLV $QG Design Of An VIAM-$89 $XWRQRPRXV 8QGHUZDWHU 9HKLFOH $89´ Science and Technology Development Journal ± Engineering & Technology, Vol 3, No SI1, ISSN: 2615-9872, pp 57-70, 2019

[2] Ngoc-Huy Tran, Thanh-Hai Chau, and Thien-Phuong Ton ³0RWLRQ $QDO\VLV and Fabrication of a Low-Cost Thruster Using Magnetic Coupling´

International Conference on Advanced Engineering Theory and Applications

[3] Thanh Hҧi Châu, Trҫn Ngӑc Huy, Tôn ThiӋQ3KѭѫQJ+XǤnh Mҥnh DiӉP³;k\ dӵng bӝ ÿLӅu khiӇn các chӃ ÿӝ lһn khác nhau cho VIAM-$89´T̩p chí phát tri͋n khoa h͕c và công ngh , 2020 ÿm ÿѭӧc chҩp nhұQ ÿăQJ FKѭD [Xҩt bҧn)

[1] Region, And S )RUHFDVWV³8QGHUZDWHU5RERWLFV0DUNHW6L]H6KDUH 7UHQGV Analysis Report By Type (ROV, AUV), By Application (Commercial ([SORUDWLRQ'HIHQVH 6HFXULW\6FLHQWLILF5HVHDUFK³Grand View Research,

[2] L B Jones ³7KH 6WDWH RI WKH 7echnology: Manned 6XEPHUVLEOHV´ Marine Technology Society, 1996

[3] J Juh, M West ³8QGHUZDWHU5RERWLFV´ Advanced Robotics, Vol 15, Issue 5, pp 609-639, Taylor & Francis, 2001

[4] B Allen, R Stokey, T Austin, N Forrester, R Goldsborough, M Purcell, C von Alt "REMUS: a small, low cost AUV; system description, field trials and performance results" MTS/IEEE Conference Proceedings, Vol 2, pp 994-

[5] +XQOLQJWRQ,QJDOOV,QGXVWULHV³REMUS 6000 for Commercial Applications´ Internet: https://www.hydroid.com/remus-6000-commercial-applications, Sep

[6] ECA *URXS ³A18D / AUV / Autonomous Underwater Vehicle´ ,QWHUQHW https://www.ecagroup.com/en/solutions/a18-d-auv-autonomous-underwater- vehicle, Sep 2018

[7] 7ăQJ4Xӕc Nam ³3KiWWULӇn mӝt mүXURERWGѭӟLQѭӟc phөc vө quӕc phòng và nghiên cӭu biӇQ´ T̩p chí t͹ ÿ͡ng hóa ngày nay, sӕ 127, July 2011

[8] D F Myring ³A Theoretical Study of the effects of body shape and mach number on the drag of bodies of revolution in subcritical axisymmetric flow´

[9] N N Efimev Fundametals of submarine Moscow: Military Publishing House of the Ministry of Difense, USSR, 1965

[10] T I Fossen Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control

New York: Wiley & Sons Ltd, 2011

114 [11] Phҥm NguyӉn Nhӵt Thanh ³0{SKӓQJÿLӅu khiӇn Robot lһn sӱ dөng Line of 6LJKW Yj %DFNVWHSSLQJ´ LuұQ YăQ thҥF Vƭ 7UѭӡQJ ÿҥi hӑc Bách Khoa TP.HCM, 2020

[12] T I Fossen Guidance and Control of Ocean Vehicles New York: John Wiley

[13] R Skjetne, ỉ Smogeli, and T I Fossen ³0RGHOLQJ LGHQWLIFDWLRn, and adaptive maneuvering of CyberShip II: a compleWHGHVLJQZLWKH[SHULPHQWV´

Proceedings of the IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems, Vol 37, Issue 10, pp 203-208, July 2004

[14] M Lekkas ³Guidance and Path-Planning Systems for Autonomous Vehicles´ Thesis for the degree of philosophiae doctor , Norwegian University of Science and Technology, April 2014

[15] K Y Pettersen, and E Lefeber "Way-point tracking control of ships"

Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control, Vol 1, pp

[16] P Encarnacao, and A Pascoal "Combined trajectory tracking and path following: an application to the coordinated control of autonomous marine craft" Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control, pp 964-969, 2001

[17] NguyӉn Công Vӏnh ³Әn ÿӏnh cӫa tàu khi có chiӅu cao thӃ vӳQJ*0kP´ T̩p chí khoa h͕c Công ngh Hàng h̫i, Sӕ 26, tr 60-63, tháng 03/2011

[18] 'LVFRYHU %RDWLQJ ³+RZ 'RHV WKH 5XGGHU :RUN"´ ,QWHUQHW https://www.discoverboating.com/resources/how-does-the-rudder-work, Dec

[19] T Prestero ³Verification of a Six-Degree of Freedom Simulation Model for the REMUS Autonomous Underwater Vehicle´ Thesis for the degrees of Master of Science in Ocean Engineering and Master of Science in Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 10 August 2001

115 [20] 3KѭѫQJ+ӳu Công, Lê Quang Huy ³;k\Gӵng và phát triӇn mô hình robot lһn 529´ LuұQYăQÿҥi hӑc7UѭӡQJÿҥi hӑc Bách Khoa TP.HCM, 2019

[21] G Xie, D Wang ³Fuzzy control and PID control in the calcium carbide IXUQDFHDSSOLFDWLRQV´Chemical Industry Automation and Instrumentation, pp

Tiêu đề	Xây dựng bộ điều khiển trượt cho mô hình robot dưới nước áp dụng theo phương ngang
Tác giả	Nguyễn Văn A
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Văn B, TS. Nguyễn Văn C, PGS.TS. Nguyễn Văn D
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa TP HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Tp. HCM

Định dạng
Số trang	134
Dung lượng	11,78 MB