3KѭѫQJWLӋn ngҫPÿLӅu khiӇn tӯ xa là mӝt trong nhӳQJSKѭѫQJWLӋn ngҫPÿѭӧc các nhà nghiên cӭXÿҥLGѭѫQJVӱ dөng nhiӅu trong nhӳQJQăPJҫQÿk\Ĉһc biӋWQѭӟc ta có mӝt bӡ biӇQGjLKѫQNPYjPӝt diӋn tích rҩ
Trang 2&Ð1*75Î1+ĈѬӦ&+2¬17+¬1+7Ҥ, 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$±Ĉ+4*-HCM
&iQEӝKѭӟQJGүQNKRDKӑF 3*676+8ǣ1+7+È,+2¬1*
&iQEӝFKҩPQKұQ[pW
Cán EӝFKҩPQKұQ[pW
/XұQYăQWKҥFVƭÿѭӧFEҧRYӋWҥL7UѭӡQJĈҥLKӑF%iFK.KRDĈHQG Tp HCM ngày 26 tháng 12 QăP2019
&+Ӫ7ӎ&++Ӝ,ĈӖ1* 75ѬӢ1*.+2$««««
Trang 3II NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG:
¾ Xây dӵng mô hình toán mô tҧ ÿһFWUѭQJFӫa AUV
¾ Xây dӵng bӝ ÿLӅu khiӇn WUѭӧt cho AUV
¾ Xây dӵng giҧi thuұt di truyӅn (GA) tӕLѭXFiFWK{QJVӕ bӝ ÿLӅu khiӇn WUѭӧt
¾ Xây dӵng giҧi thuұt dүQKѭӟng Constant Bearing cho AUV bám mөc tiêu
¾ Thӱ tích hӧp giҧi thuұt dүQKѭӟng bám mөc tiêu YjRÿLӅu khiӇQÿӝi hình follower)
(leader-¾ ĈiQKJLá, nhұn xét và Kѭӟng phát triӇn
III NGÀY GIAO NHIӊM VӨ : 19/08/2019
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 08/12/2019
V CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN : PGS.TS HUǣNH THÁI HOÀNG
Trang 4LͤI C̪0ˮ1
Mӣ ÿҫu tôi xin gӱi lӡi cҧP ѫQ FKkQ WKjQK QKҩW ÿӃn giҧQJ YLrQ Kѭӟng dүn, thҫy
PGS.TS HuǤnh Thái Hoàng QJѭӡLÿmOX{QTXDQViWÿӏQKKѭӟQJYjJL~Sÿӥ tôi trong
suӕt quá trình thӵc hiӋQÿӅ FѭѫQJOXұQYăQFDRKӑc
Xin cҧPѫQWҩt cҧ thҫy cô trong bӝ P{QĈLӅu KhiӇn Tӵ Ĉӝng, các thҫy cô trong NKRDĈLӋQĈLӋn tӱ WUѭӡQJÿҥi hӑF%iFK.KRD7S+&0ÿmJLҧng dҥy, cung cҩp cho tôi nhiӅu kiӃn thӭc bә ích không chӍ trong quá trình nghiên cӭXVDXÿҥi hӑc mà còn cҧ quá trình hӑc tұp khi tôi còn là sinh viên
7{LFNJQJ[LQFKkQWKjQKFҧPѫQFKDPҽ, các bҥn bè trong khóa cao hӑc ĈLӅu KhiӇn
Tӵ ĈӝQJ+yDÿmNK{QJQJӯng khích lӋJL~Sÿӥ ÿӇ tôi có thӇ hoàn thành tӕWÿӅ FѭѫQJluұQYăQQj\
Hӑc viên thӵc hiӋn
NGUYӈN ĈӬC TÔ
Trang 5vө nghiên cӭu ÿDQJÿѭӧc triӇn khai rӝng rãi trên thӃ giӟi và ViӋt Nam sӁ không nҵm ngoài [XKѭӟQJÿy'R ÿyQyÿyQJJySYjRVӵ phát triӇn khoa hӑc, công nghӋ Yjÿәi mӟi sáng tҥo ӣ ViӋt Nam Mang trên mình nhiӅXѭXÿLӇPYѭӧt trӝi trong công nghӋ tӵ ÿӝng hóa, sӵ UDÿӡi cӫa AUV thӃ hӋ mӟi chuyên biӋt hóa hӭa hҽn mӝt giҧi pháp mӟi trong nhӳQJOƭQKvӵc quen thuӝFQKѭWUҳFÿӏa bҧQÿӗ hay DQQLQKÿѭӡng thӫy
LuұQYăQWKӵc hiӋn các công viӋc bao gӗm viӋc xây dӵng mô hình toán mô tҧ ÿһFWUѭQJcӫa AUV ThiӃt kӃ các bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt cho AUV ÿӇ ÿLӅu khiӇn vұn tӕc, góc heading Yjÿӝ sâu Xây dӵng giҧi thuұt di truyӅn (GA) tӕLѭXFiFWK{QJVӕ bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt và luұt dүQKѭӟng Constant Bearing cho AUV bám mөc tiêu Thӱ tích hӧp bám mөc tiêu vào xây dӵQJÿLӅu khiӇQÿӝi hình (leader-follower) Các kӃt quҧ trên sӁ ÿѭӧFÿiQKJLiTXDP{phӓng trên Matlab/Simulink
Trang 7LӠ,&$0Ĉ2$1
Tôi xin cam ÿoan ÿky là công trình nghiên cӭu cӫa bҧn thân, ÿѭӧc xuҩt phát tӯ yêu cҫu phát sinh trong quá trình làm luұn văn Các tài liӋu liên quan có nguӗn góc rõ ràng, tuân thӫ ÿ~QJ nguyên tҳc, kӃt quҧ trình bày trong luұn văn là kӃt quҧ quá trình nghiên cӭu tҥi WUѭӡQJÿҥi hӑc Bách Khoa TP.HCM
Tp H͛ Chí Minh, tháng 12 QăP
Tác giҧ luұn văn
NguyӉQĈӭc Tô
Trang 8MӨC LӨC
&KѭѫQJ TӘNG QUAN 1
1.1 ĈһWYҩQÿӅ 1
1.2 éQJKƭDNKRDKӑc 2
1.3 Phҥm vi ӭng dөng 2
1.4 Tình hình nghiên cӭXWURQJYjQJRjLQѭӟc 3
1.4.1 7uQKKuQKQJRjLQѭӟc 3
1.4.2 7uQKKuQKWURQJQѭӟc 6
1.5 MөFWLrXÿӅ tài 9
&KѭѫQJ &Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂT 10
2.1 Các biӃn chuyӇQÿӝng 10
2.2 Các hӋ quy chiӃu 10
2.3 Mô hình hóa AUV 13
2.3.1 3KѭѫQJWUuQKÿӝng hӑc 6DOF 13
2.3.2 3KѭѫQJWUuQKFKX\ӇQÿӝng cӫa AUV 15
2.3.3 3KѭѫQJWUuQKFKX\ӇQÿӝng tích hӧp dòng 24
2.4 ĈLӅu khiӇQWUѭӧt 28
2.4.1 Lý thuyӃWÿLӅu khiӇQWUѭӧt 28
2.4.2 Xây dӵng luұWÿLӅu khiӇn SMC bҵng phân tách trӏ riêng 30
2.5 HӋ thӕng dүQKѭӟng 33
2.5.1 Bám mөc tiêu 34
2.5.2 DүQKѭӟng Constant Bearing 35
&KѭѫQJ XÂY DӴNG GIҦI THUҰ7Ĉ,ӄU KHIӆN 40
3.1 TuyӃn tính hóa hӋ thӕng 40
Trang 93.1.1 Giҧi thuұWÿLӅu khiӇQÿӝ sâu 40
3.1.2 Giҧi thuұWÿLӅu khiӇn góc heading 43
3.1.3 Giҧi thuұWÿLӅu khiӇn vұn tӕc 44
&KѭѫQJ GIҦI THUҰT DI TRUYӄN 47
4.1 Giҧi thuұt di truyӅn 47
4.1.1 Thích nghi 48
4.1.2 Chӑn lӑc 48
4.1.3 Lai ghép 49
4.1.4 Ĉӝt biӃn 50
4.2 TӕLѭXEӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt bҵng GA 50
4.2.1 LuұWÿLӅu khiӇn 50
4.2.2 Hàm chi phí 51
&KѭѫQJ ӬNG DӨNG 52
5.1 HӋ thӕQJÿLӅu khiӇQWUѭӧt 52
5.1.1 ĈiSӭng tӯng bӝ ÿLӅu khiӇn 52
5.1.2 ĈiSӭng khi kӃt hӧp các bӝ ÿLӅu khiӇn 54
5.1.3 .KLWKD\ÿәi thông sӕ mô hình 54
5.2 Luұt dүQKѭӟng Constant Bearing 56
5.2.1 Khҧo sát sӵ ҧQKKѭӣng cӫa hӋ sӕ 'pÿӃn hành vi tiӃp cұn 58
5.2.2 Khi không có ҧQKKѭӣQJGzQJWiFÿӝng 59
5.2.3 Khi có ҧQKKѭӣQJGzQJQKѭQJNK{QJEGzQJ 62
5.2.4 Khi có ҧQKKѭӣng dòng và có bù dòng 64
5.2.5 So sánh khi có ҧQKKѭӣng dòng và khi không ҧQKKѭӣng dòng 68
5.3 Thӱ tích hӧSYjRÿLӅu khiӇQÿӝi hình leader-follower 69
Trang 105.4 Áp dөng GA tӕLѭXEӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt 71
5.4.1 Thông sӕ bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧWGQJSKѭѫQJSKiSWKӱ sai 71
5.4.2 Thông sӕ bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt dùng giҧi thuұt GA 72
&KѭѫQJ KӂT LUҰ19¬+ѬӞNG PHÁT TRIӆN 76
6.1 KӃt quҧ ÿҥWÿѭӧc 76
6.2 Hҥn chӃ cӫDÿӅ tài 76
6.3 +ѭӟng phát triӇn 76
TÀI LIӊU THAM KHҦO 77
Trang 11'$1+0Ө&+Î1+9Ӏ
Hunh 1.1 AUV nupiri muka (Úc) trong chi͇n d͓ch kh̫o sát sông Tamar, Lancestor 4
Hunh 1.2 AUV HUGIN 5
Hunh 1.3 Bluefin 21 5
Hunh 1.4 Các phiên b̫n REMUS AUV duͫc thi͇t k͇, ch͇ t̩o bͧi vi͏n WHOI, USA 6
Hunh 1.5 Robot ng̯m HVHQ02 7
Hunh 1.6 Tàu ng̯PÿL͉u khi͋n tͳ xa 9
Hunh 2.1 Các v̵n t͙c cͯa 6 b̵c t do trong m͡t h͏ quy chi͇u g̷n vͣi AUV 10
Hunh 2.2 H͏ quy chi͇u 12
Hunh 2.3 H͏ trͭc t͕Dÿ͡ 14
HuQK*yFK˱ͣng, góc heading và góc sideslip 28
Hunh 2.5 Hi͏QW˱˯QJFKDWWHULQJ 29
Hunh 2.6 QuͿ ÿ̩o pha 30
Hunh 2.7 B͡ ÿL͉u khi͋QWU˱ͫt phi tuy͇n 32
Hunh 2.8 Các ki͋u d̳QK˱ͣng cͯa bám mͭc tiêu 35
Hunh 2.9 T͙Fÿ͡ xoay b̹ng 0 cͯa LOS và gi̫i thích cho parallel navigation 36
Hunh 2.10 D̳QK˱ͣng Constant Bearing 38
Hunh 2.11 The speed assignment cho chuy͋Qÿ͡ng theo trͭc x 39
HuQK6˯ÿ͛ ÿL͉u khi͋Qÿ͡ sâu 43
HuQK6˯ÿ͛ ÿL͉u khi͋n góc heading 44
HuQK6˯ÿ͛ ÿL͉u khi͋n v̵n t͙c 45
HuQK6˯ÿ͛ k͇t hͫp các b͡ ÿL͉u khi͋n 46
Hunh 4.1 /˱Xÿ͛ gi̫i thu̵t di truy͉n 47
Hunh 4.2 Lai ghép m͡WÿL͋m 49
HuQK6˯ÿ͛ mô ph͗ng Simulink h͏ th͙ng 52
HuQKĈiSͱng cͯDÿL͉u khi͋n l̿n n͝i 52
HuQKĈiSͱng cͯDÿL͉u khi͋n Heading 53
HuQKĈiSͱng cͯDÿL͉u khi͋n v̵n t͙c 53
Trang 12HuQKĈiSͱQJÿ͡ VkXYjJyFKHDGLQJNKLÿL͉u khi͋n k͇t hͫp 54
HuQKĈiSͱng cͯDÿL͉u khi͋n l̿n n͝i 55
HuQKĈiSͱng cͯDÿL͉u khi͋n Heading 55
HuQKĈiSͱQJÿ͡ VkXYjJyFKHDGLQJNKLÿL͉u khi͋n k͇t hͫp 56
Hunh 5.9 Mô hình matlab Simulink cͯa mͭc tiêu 57
Hunh 5.10 Mô hình matlab Simulink cͯa AUV 57
Hunh 5.11 ̪QKK˱ͧng cͯa 'plên v̵n t͙c AUV 58
Hunh 5.12 ̪QKK˱ͧng cͯa 'plên góc heading AUV 58
Hunh 5.13 ̪QKK˱ͧng cͯa 'plên kho̫ng cách giͷa AUV và mͭc tiêu 59
HuQKĈiSͱng v̵n t͙c cͯa AUV và mͭc tiêu 59
HuQKĈiSͱng góc heading cͯa AUV và mͭc tiêu 60
Hunh 5.16 Kho̫ng cách giͷa AUV và mͭc tiêu và h͏ s͙ góc 60
Hunh 5.17 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong m̿t ph̻ng xy 61
Hunh 5.18 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong m̿t ph̻ng xz 61
Hunh 5.19 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong không gian xyz 62
Hunh 5.20 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong m̿t ph̻ng xy 63
Hunh 5.21 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong m̿t ph̻ng xz 63
Hunh 5.22 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong không gian xyz 64
HuQKĈiSͱng v̵n t͙c cͯa AUV và mͭc tiêu 65
HuQKĈiSͱng góc heading cͯa AUV và mͭc tiêu 65
Hunh 5.25 Kho̫ng cách giͷa AUV và mͭc tiêu 66
Hunh 5.26 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong m̿t ph̻ng xy 66
Hunh 5.27 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong m̿t ph̻ng xz 67
Hunh 5.28 QuͿ ÿ̩o AUV và mͭc tiêu trong không gian xyz 67
Hunh 5.29 So sánh v̵n t͙FW˱˯QJÿ͙i và góc heading cͯa AUV 68
Hunh 5.30 So sánh quͿ ÿ̩o trong m̿t ph̻ng xy và m̿t ph̻ng xz cͯa AUV 68
Hunh 5.31 QuͿ ÿ̩o cͯa follower 1 69
Hunh 5.32 QuͿ ÿ̩o cͯa follower 2 70
Trang 13Hunh 5.33 QuͿ ÿ̩o cͯa leader và hai follower 70
Hunh 5.34 Ĉ͡i hình leader-follower (m̿t ph̻ng xy) 71
Hunh 5.35 Ĉ͛ th͓ cͯa hàm chi phí cͯDÿ͡ sâu 72
Hunh 5.36 Ĉ͛ th͓ các tham s͙ qua các th͇ h͏ cͯDÿ͡ sâu 73
Hunh 5.37 6RViQKÿiSͱng cͯa z 73
Hunh 5.38 Ĉ͛ th͓ cͯa hàm chi phí cͯa góc heading 74
Hunh 5.39 Ĉ͛ th͓ các tham s͙ qua các th͇ h͏ cͯa góc heading 74
Hunh 5.40 6RViQKÿiSͱng góc heading 75
Trang 14'$1+0Ө&%Ҧ1*
B̫ng 2.1 Ký hi͏Xÿ˱ͫc s͵ dͭQJFKRSK˱˯QJWL͏n hàng h̫i (SNAME): 12
B̫ng 4.1 Thông s͙ b͡ ÿL͉u khi͋n SMC 50
B̫ng 5.1 Thông s͙ b͡ ÿL͉u khi͋QWU˱ͫt dùng th͵ sai 71
B̫ng 5.2 Thông s͙ b͡ ÿL͉u khi͋QWU˱ͫt dùng GA 72
Trang 15'$1+0Ө&7Ӯ9,ӂ77Ҳ7
SNAME The Society of Naval Architects and Marine Engineers AUV Autonomous Underwater Vehicle
CP Constant Bearing
MT Manual Tuning
Trang 16&KѭѫQJ TӘ1*48$1
1.1 Ĉ̿WY̭Qÿ͉
ĈҥLGѭѫQJFKLӃm khoҧng 2/3 diӋn tích bao phӫ 7UiLÿҩt và có ҧQKKѭӣng rҩt lӟn tӟi
sӵ tӗn tҥi và phát triӉn cӫa mӑi vұt kӇ cҧ FRQQJѭӡi Ngày nay khi dân sӕ thӃ giӟi WăQJOrQQJXәQWjLQJX\rQWURQJÿҩt liӅn ngày càng cҥn kiӋWWKuFRQQJѭӡi mӣ rӝng khám phá ra biӇQÿҥLGѭѫQJ7X\QKLrQFKRÿӃn thӡLÿLӇm hiӋn tҥi thì kiӃn thӭc cӫa FRQQJѭӡi vӅ ÿҥLGѭѫQJUҩt hҥn chӃ Mӝt trong nhӳQJQJX\rQQKkQÿyOjGRWtQKFKҩt phӭc tҥp và nguy hiӇm cӫDP{LWUѭӡng làm cho viӋFWKăPGzNKyNKăQ'RÿyVӵ trӧ giúp cӫa các trang thiӃt bӏ tiên tiӃQÿӇ các nhà khoa hӑc tìm hiӇu, khҧRViWP{LWUѭӡng
là rҩt cҫn thiӃt
3KѭѫQJWLӋn ngҫPÿLӅu khiӇn tӯ xa là mӝt trong nhӳQJSKѭѫQJWLӋn ngҫPÿѭӧc các nhà nghiên cӭXÿҥLGѭѫQJVӱ dөng nhiӅu trong nhӳQJQăPJҫQÿk\Ĉһc biӋWQѭӟc ta
có mӝt bӡ biӇQGjLKѫQNPYjPӝt diӋn tích rҩt lӟn ao hӗ ÿҫm lҫ\«9LӋFWKăP
dò và khai thӭc nhӳng nguӗQWjLQJX\rQWURQJOzQJÿҥLGѭѫQJÿmJһp phҧi nhӳng hҥn chӃ trong nhӳng vùng biӇQ VkX Ĉӕi vӟi các công trình trên biӇQ QKѭ JLjQ NKRDQÿѭӡng ӕng dүn dҫXÿѭӡQJGk\FiSTXDQJ«WURQJTXiWUuQK[k\Gӵng và khai thác thì nhu cҫXWKăPGzNKҧo sát, tiӃn hành các công viӋFGѭӟLQѭӟc là tҩt yӃu
Trong quân sӵ, viӋc rà quét và tháo gӥ thӫy lôi, mìn làm sҥFK FiF YQJ Qѭӟc sau chiӃn tranh và chuҭn bӏ cho viӋFÿә bӝ tác chiӃQ«FNJQJÿѭӧc tiӃQKjQKGѭӟLQѭӟc Các công viӋc cӭu hӝ, cӭu nҥn, trөc vӟt trên biӇQFNJQJSKiWVLQKNKLYLӋFOѭXWK{QJngày càng phát triӇn
VҩQÿӅ ÿһt ra là các công viӋFGѭӟLQѭӟFÿѭӧc thӵc hiӋQWURQJP{LWUѭӡng khҳc nghiӋt QKѭÿӝ sâu, sóng, gió, ô nhiӉm, nguy hiӇP«Yӟi các công cө WK{VѫFiFWKӧ lһn làm viӋFGѭӟLQѭӟc thì khҧ QăQJFzQJLӟi hҥn và tính rӫi ro cao Vì vұy, sӵ trӧ giúp cӫa các công cө nghiên cӭu, giám sát hiӋQÿҥi là viӋc làm tҩt yӃu
Ngày nay, cùng vӟi viӋc phát triӇn cӫa các dҥng vұt liӋu mӟi, kӻ thuұt máy tính, kӻ thuұWFѫÿLӋn tӱ, thiӃt bӏ cҧm biӃQFNJQJQKѭVӵ tiӃn bӝ vӅ lý thuyӃWÿLӅu khiӇn robot,
Trang 17hàng loҥt các dҥQJ$89ÿDGҥng vӅ NtFKWKѭӟc, tiên tiӃQWK{QJPLQKYjÿiQJWLQFұy ÿmÿѭӧc chӃ tҥRYjÿѭDYjRӭng dөng trong tӯng hoàn cҧnh thӵc tӃ cө thӇ
ĈyFKtQKOjPӝt trong nhӳng lý do quan trӑQJÿӇ nghiên cӭu và phát triӇn các loҥi SKѭѫQJWLӋn, thiӃt bӏ ngҫm phөc vө cho các nhiӋm vө GѭӟLQѭӟFYjSKѭѫQJWLӋn ngҫm
tӵ KjQK$89ÿѭӧc chӑQOjPÿӅ tài nghiên cӭu trong luұQYăQQjy
Ngoài chӭFQăQJWKăPGzNKҧRViWGѭӟLQѭӟc và hӛ trӧ cӭu hӝ cӭu nҥn, AUV còn
có thӇ thӵc hiӋn các tác vө NKiFQKѭTXDQWUҳFP{LWUѭӡQJQѭӟFKD\FDRKѫQOjiSdөng mӣ rӝQJWURQJFiFOƭQKYӵc quân sӵ QKѭPDQJQJzLQә, trinh sát bám mөc tiêu, cҧnh giӟi trong tác chiӃn ngҫm
1.3 Ph̩m vi ͱng dͭng
7Uѭӟc kia, giӟi hҥn công nghӋ cӫa AUV khiӃn cho khҧ QăQJ ӭng dөng bӏ hҥn chӃ trong mӝt sӕ nhiӋm vө nhҩWÿӏnh Ngày nay, vӟi sӵ phát triӇn cӫa công nghӋ xӱ lý cao cҩSKѫQYjQJXӗQQăQJOѭӧQJFDRKѫQ$89KLӋQÿDQJQJj\FjQJPӣ rӝng phҥm
vi ӭng dөng cӫa mình
Thӵc hiӋn giám sát, do thám, bҧo vӋ các mөc tiêu GѭӟLQѭӟc, rà phá thӫ\O{L«(ӭng dөng trong quân sӵ)
Trang 18Ӭng dөng trong công tác khҧo sát thӵFÿӏa khi xây dӵQJFiFF{QJWUuQKGѭӟi QѭӟFQKѭ ÿrKҧi cҧng, cҫX«
Ngành công nghiӋp dҫu khí sӱ dөQJ$89ÿӇ xây dӵng các bҧQÿӗ ÿi\ELӇn chi tiӃWWUѭӟc khi xây dӵng FѫVӣ hҥ tҫQJGѭӟi biӇn, hӋ thӕQJÿѭӡng ӕng dүn
và các lҳSÿһt cҫn thiӃt sao cho phi phí sӱ dөng hiӋu quҧ nhҩt
Xây dӵng bҧQÿӗ khu vӵFÿӇ [iFÿӏnh vӏ trí mөc tiêu, có thӇ là mӝt cҧng biӇn, hoһc giám sát mӝt khu vӵc quân sӵ $89 FNJQJ ÿѭӧc sӱ dөng trong chiӃn WUDQKQKѭSKiWKLӋn và tiêu diӋt tàu ngҫPÿӏch (tàu ngҫPFyQJѭӡi lái)
Ӭng dөng trong viӋc khҧo sát, lҳSÿһt các thiӃt bӏ viӉQWK{QJ«
Khҧo sát thâm dò bӅ mһWÿӏa chҩWGѭӟLÿi\ELӇn, thu thұSWK{QJWLQÿӏa chҩt, FiF QѫL FRQ QJѭӡi không thӇ xuӕQJ ÿѭӧc, trong công tác nghiên cӭX ÿҥi GѭѫQJ«
1.4 Tình hình nghiên cͱXWURQJYjQJRjLQ˱ͣc
1.4.1 7uQKKuQKQJRjLQ˱ͣc
ĈӇ nghiên cӭu sӵ biӃQÿәLKuQKWKiLÿi\V{QJ7DPDUӣ /DXQFHVWRQÒFWUѭӡQJÿҥi
hӑF7DVPDQLDÿmVӱ dөng AUV nupiri muka (hay Eye of the Sea) Theo thӡi JLDQÿӏa
KuQKÿi\V{QJWKD\ÿәLGѭӟi các quy luұt xói mòn và lҳQJÿӑng trҫPWtFK7UѭӟFÿk\QJѭӡLWDÿmNKҧRViWÿi\V{QJEҵng cҧm biӃn sonar multibeam liên kӃt vӟi tàu trên mһWQѭӟc và có mӝt tұp dӳ liӋu tham chiӃXQKѭQJKLӋn nay, nhӡ có sӵ hӛ trӧ tӯ AUV, thông tin vӅ ÿi\V{QJWKXWKұSÿѭӧc phөc vө cho mөFÿtFKQJKLrQFӭu, lұp bҧQÿӗ sӁ trӣ nên chi tiӃt, chính xác vӟLÿӝ phân giҧLFDRKѫQ.K{QJGӯng lҥi ӣ lҫn hoҥWÿӝng ÿҫXWLrQQj\$89Qj\FzQÿѭӧFKѭӟQJÿӃn áp dөQJNƭWKXұt dӵng bҧQÿӗ ÿi\ELӇn
ӣ Nam Cӵc trong thӡi gian gҫQÿk\ [1]ĈӇ thӵc hiӋn nhӳng nhiӋm vө khoa hӑc có quy mô lӟQQKѭV{QJ7DPDU GjLNPQѫLVkXQKҩt khoҧng 60m) hay biӇn ӣ Nam
CӵFNtFKWKѭӟc cӫa nupiri muka rҩt lӟn, vào khoҧng 6.6m chiӅu dài và 1.5 tҩn cân
Trang 19nһng, cho phép thiӃt bӏ lһn ӣ ÿӝ sâu tӕLÿDPYӟi thӡLOѭӧng khoҧQJQJj\ WѭѫQJÿѭѫQJNP
Hunh 1.1 AUV nupiri muka (Úc) trong chi͇n d͓ch kh̫o sát sông Tamar, Lancestor
GҫQÿk\FyQKLӅu vө tai nҥn nghiêm trӑng xҧ\UDÿһc biӋt là trong khu vӵFÿѭӡng thӫy hoһFOLrQTXDQÿӃQFiFYQJQѭӟc nӝLÿӏa và vùng biӇn quӕc tӃ7URQJÿyKҫu hӃt nhӳng vө tai nҥQWKѭӡng bҳt nguӗn tӯ các sӵ cӕ trên nhӳQJSKѭѫQJWLӋQQKѭWjXthuyӅn hoһc máy bay Vө viӋc mҩt tích cӫa chuyӃQED\0+QKѭPӝt bí ҭn gây chҩQÿӝng trên toàn thӃ giӟLQăPYүQFzQGѭkPWURQJVXӕt nhӳQJQăPYӯa qua NhiӅXÿѫQYӏ, tә chӭc trên thӃ giӟLÿmUDVӭc tìm kiӃm dҩu vӃt cӫa chiӃc máy bay
%RHLQJQj\ĈLӅXÿһc biӋWÿyFKtQKOjVӵ tham gia quá trình WKăPGzWuPNLӃm hӝp ÿHQFӫa máy bay cӫa nhӳng chiӃF$897KiQJQăPF{QJW\2FHDQ,ILQLW\ÿmgӱi tһng gói dӳ liӋu thu thұSÿѭӧc cӫa mӝWÿRjQWjX$89Jӗm 8 chiӃc trong suӕt thӡi JLDQWKăPGzFKRWә chӭc The Nippon Foundation, hӛ trӧ ÿҳc lӵc cho công tác tìm kiӃm cӭu hӝ [2]
Trang 20Hunh 1.2 AUV HUGIN
Hunh 1.3 Bluefin 21
7UѭӟFÿyQăP$89%OXHILQFӫD%OXHILQ5RERWLFQD\ÿѭӧc tiӃp quҧn bӣi
*HQHUDO'\QDPLFÿmFyFKX\Ӄn hành trình 6 giӡ tìm kiӃm xung quanh ÿѭӧc cho là
Trang 21QѫLSKiWUDWtQKLӋu hӝSÿHQPi\PһFGNK{QJWKXÿѭӧc kӃt quҧ QKѭPRQJÿӧi do YQJQѭӟFTXiVkXYѭӧt khӓi giӣi hҥQÿӝ sâu an toàn cӫa thiӃt bӏ
HӋ thӕng REMUS cӫD:+2,ÿѭӧc phát triӇn vào cuӕi nhӳQJQăP ÿӇ hӛ trӧ cho viӋc nghiên cӭu khoa hӑc ӣ ÿjLWKLrQYăQ/(2-15 thuӝF7XFNHUWRQ5(086ÿmKRjQthành nhiӋm vө khoa hӑFÿҫu tiên cӫDPuQKYjRQăP [3]ĈӃn hiӋQQD\ÿmFytrên 50 hӋ thӕng REMUS vӟi 20 cҩu hình khác nhau, dӵa trên 3 loҥLFѫEҧn phân theo
ÿӝ sâu hoҥWÿӝQJQKѭKuQK5ҩt nhiӅu nhiӋm vө ÿmÿѭӧFOrQSKѭѫQJiQYjWLӃn hành cùng vӟL5(086WURQJÿyQKLӋm vө dài nhҩt là 17 giӡÿmÿLÿѭӧc 60km vӟi vұn tӕFPVYjÿӝ sâu tӕLÿDP
Hunh 1.4 Các phiên b̫n REMUS AUV duͫc thi͇t k͇, ch͇ t̩o bͧi vi͏n WHOI, USA
1.4.2 7uQKKuQKWURQJQ˱ͣc
Do quá trình hӝi nhұp và phát triӇn, công nghӋ URERW ÿDQJ QJj\ FjQJ SKә biӃn và phong trào nghiên cӭXWURQJQѭӟc ÿDQJÿѭӧc áp dөng rӝng rãi trong tҩt cҧ FiFOƭQK
Trang 22vӵc cӫDÿӡi sӕQJQKѭJLiRGөc, giҧi trí, công nghiӋp và an ninh quӕc phòng Trong ÿyKѭӟng nghiên cӭu, chӃ tҥo robot lһQGѭӟLQѭӟc ӭng dөng trong quân sӵ FNJQJEҳt ÿҫXÿѭӧFQKjQѭӟFÿһc biӋt quan tâm Tiêu biӇXOjÿӅ WjLĈӝc lұp theo Nghӏ ÿӏQKWKѭhӧp tác quӕc tӃ "Nghiên cӭu thiӃt kӃ, chӃ tҥo thiӃt bӏ robot ngҫm phөc vө WKăPGzkhҧo sát các công trình trên biӇn" do Hӑc viӋn Hҧi quân chӫ trì [4]
Hunh 1.5 Robot ng̯m HVHQ02
7X\QKLrQÿk\OjGҥng ROV vүQGRQJѭӡLÿLӅu khiӇn tӯ trên tàu mҽ, có thӇ thӵc hiӋn mӝt sӕ chӭFQăQJÿѫQJLҧQQKѭFKX\ӇQÿӝng tiӃn, lùi, sang trái, phҧi Tҫm hoҥWÿӝng tӕLÿDOjPYӟi khҧ QăQJWUX\Ӆn hình ҧnh tӯ camera vӅ FKRQJѭӡLÿLӅu khiӇn trên tàu Do vүQFzQOjFRQQJѭӡi hoҥWÿӝQJÿLӅu khiӇn là chính nên robot này còn nhiӅu hҥn chӃ QKѭWKLӃu khҧ QăQJWӵ ÿӝng vұn hành, thӡi gian vұn hành phөc thuӝc nhiӅu YjRÿLӅu kiӋQP{LWUѭӡng và sӭc khӓe cӫDQJѭӡi vұn hành trên tàu mҽ, tҫm hoҥWÿӝng hҥn chӃ«&KѭDWұp trung nghiên cӭu mô phӓng và thӵc nghiӋm các giҧi thuұWÿLӅu khiӇn cho robot giӳ KѭӟQJSKѭѫQJYӏ, giӳ ÿӝ sâu, di chuyӇn bám quӻ ÿҥo
7ѭѫQJWӵ mӝWÿӅ WjLNKiFOj³1JKLrQFӭu chӃ tҥo rôbӕt tìm kiӃm mөFWLrXGѭӟLQѭӟc
hӛ trӧ công tác cӭu nҥn, cӭu hӝ´GR7UXQJWi7K61JX\ӉQĈӭc Ánh thӵc hiӋn nhҵm phөc vө công tác tìm kiӃm mөFWLrXGѭӟLQѭӟFÿӇ cӭu hӝ, cӭu nҥn, trөc vӟi Hҥn chӃ cӫDÿӅ WjLQj\OjÿkX FNJQJOj529ÿѭӧFÿLӅu khiӇn bҵQJMR\VWLFNÿӇ di chuyӇn qua quan sát bҵng camera gҳn trên thiӃt bӏ ChӍ mӟi áp dөQJÿѭӧc trên hӗ EѫLQѫLFyYQJQѭӟc nông và tҫPQKuQGѭӟLQѭӟc rõ [5]
Trang 23Qua quá trình tìm kiӃm, tham khҧo tôi thҩy tình hình nghiên cӭXWURQJQѭӟc phҫn lӟn tұp trung vào nghiên cӭu robot lһQÿLӅu khiӇn có dây ROV là chính Các kӃt quҧ, ӭng dөng cӫD529ÿmQJKLrQFӭu còn nhiӅu hҥn chӃ YjWѭѫQJÿӕi thô VѫVRYӟi thӃ giӟi
và chӍ dӯng lҥi ӣ mӭFÿLӅu khiӇn trӵc tiӃp ӣ FRQQJѭӡi là chính chӭ FKѭDFyNKҧ QăQJÿӝng hay tӵ hành VӅ các công trình nghiên cӭu AUV thì chӍ mӟi dӯng lҥi ӣ nhӳng nghiên cӭXFѫEҧQFKѭDFyNӃt quҧ, sҧn phҭm nào thӵc sӵ mang tính thӵc tӃ ÿѭӧc công bӕ Vì vұy các công trình nghiên cӭu vӅ SKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇn AUV trong Qѭӟc ta là rҩt khan hiӃPJk\NKyNKăQFҧn trӣ nӃu mӝt tә chӭc hay mӝt nhóm nghiên cӭu triӇn khai tiӃn hành chӃ tҥo mӝt AUV thұt sӵ
HiӋn nay viӋc nghiên cӭu hoҥWÿӝng cӫDSKѭѫQJWLӋn ngҫm bҳWÿҫXÿѭӧc quan tâm ӣ mӝt sӕ WUѭӡQJÿҥi hӑc tҥi ViӋW1DPQKѭWUѭӡQJÿҥi hӑF%iFK.KRD73+&0WUѭӡng ÿҥi hӑc giao thông vұn tҧi MӝWÿӅ tài nghiên cӭu tҥLWUѭӡQJĈҥi Hӑc Bách Khoa TP
Hӗ &Kt0LQK ĈӇ tài luұQYăQWӕt nghiӋSĈҥi hӑFQăP ³ĈLӅu khiӇn Tӯ Xa Mô Hình Tàu NgҫP´FӫD7UѭѫQJ7ҩt NhұW0LQKYj3KDQ7KjQKĈҥt Tàu ngҫm có kích WKѭӟc nhӓ JRQGjLFPYjÿѭӡng kính thân tàu 12 cm Có khҧ QăQJOһn sâu tӕLÿD1.5m trong vòng 30 phút, có cҧ chӃ ÿӝ lһQWƭQKYjÿӝng Có thӇ EѫLWӵ dRÿDKѭӟng nhӡ vào sӵ kӃt hӧp cӫa vây ngang và vâu dӑc Có chӭFQăQJÿLӅu khiӇn tӯ xa thông qua giao diӋQQJѭӡi dùng ӣ trҥPÿLӅu khiӇn mһWÿҩt Có chӃ ÿ{Wӵ ÿӝQJGX\WUuÿӝ VkXWURQJQѭӟc, tích hӧp giҧi thuұWÿLӅu khiӇn PID
Trang 24Hunh 1.6 Tàu ng̯PÿL͉u khi͋n tͳ xa
1.5 MͭFWLrXÿ͉ tài
ĈӅ WjLKѭӟng tӟi xây dӵng mô hình toán mô tҧ ÿѭӧFÿһFWUѭQJFӫa AUV, xây dӵng giҧi thuұWÿLӅu khiӇn có khҧ QăQJWKӵc hiӋn trên mô hình toán, xây dӵng giҧi thuұt di truyӅn (GA) tӕLѭXFiF thông sӕ bӝ ÿLӅu khiӇn, xây dӵng giҧi thuұt dүQKѭӟng giúp AUV bám mөc tiêu và thӱ tích hӧp giҧi thuұt dүQKѭӟng bám mөFWLrXÿӇ ÿLӅu khiӇn ÿӝi hình (leader-follower)
Trang 25Hunh 2.1 Các v̵n t͙c cͯa 6 b̵c t do trong m͡t h͏ quy chi͇u g̷n vͣi AUV
2.2 Các h͏ quy chi͇u
Khi phân tích chuyӇQÿӝng cӫDSKѭѫQJWLӋn hàng hҧi trong 6 bұc tӵ do, các mӕi quan
hӋ vӅ ÿӝng hӑc có thӇ ÿѭӧc mô tҧ bҵng cách sӱ dөng các hӋ quy chiӃu khác nhau Ӣ phҫn này, theo [7] ta có tәng cӝng có 4 hӋ quy chiӃXWKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ mô tҧ chuyӇQÿӝng cӫDSKѭѫQJWLӋn trên phҥm vi toàn cҫu Ta sӁ ÿӅ cұSÿӃn 2 hӋ quy chiӃu lҩ\WUiLÿҩWOjPWUXQJWkP ÿӏa tâm) bao gӗm ECI và ECEF, hӋ quy chiӃu thӭ ba là hӋ quy chiӃXÿӏa lý gӑi là NED, trong khi hӋ quy chiӃu thӭ Wѭÿѭӧc cӕ ÿӏnh vӟLSKѭѫQJtiӋn gӑi là BODY
Trang 26ECI (The Earth-centered inertial): Ký hiӋu^ ` i x y z i, i, i là mӝt hӋ quy chiӃu quán WtQKFKRÿLӅXKѭӟng trên mһWÿҩt, nó là hӋ quy chiӃXPjWURQJÿyFiFOXұt cӫa Newton ÿѭӧc áp dөQJÿӇ tính toán Gӕc cӫa ^ `i thì nҵm tҥi tâm o i cӫDWUiLÿҩt
ECEF (The Earth-centered Earth-fixed): Ký hiӋu^ ` e x y z e, e, e là hӋ quy chiӃu WѭѫQJWӵ ECI, chӍ khác ӣ chӛ, trong hӋ quy chiӃu này Trái ÐҩWÿXӧF[HPQKѭÿӭng yên, cӕ ÿӏnh (không xoay) Gӕc cӫa ^ `e FNJQJQҵm tҥi tâm Trái ÐҩWQKѭQJGR7UiLÐҩt tӵ quay quanh trөc cӫa mình nên hӋ trөc cӫa ^ `e FNJQJ[RD\OӋch di so vӟi ECI vӟi tӕF ÿӝ góc xҩp xӍ 5
BODY: Ký hiӋu là ^ ` b x y z b, b, b vӟi gӕc o b là mӝt hӋ tӑDÿӝ di chuyӇn so vӟi nhӳng
hӋ tӑDÿӝ NKiFQKѭQJJҳn vӟi cӕ ÿӏnh vӟi vұt thӇ, cө thӇ ӣ ÿk\Oj$899ӏ trí và Kѭӟng cӫD$89ÿѭӧc mô tҧ WѭѫQJӭng trong hӋ quy chiӃu quán tính (xҩp xӍ ^ `e hoһc
^ `n , ӣ dây ta chӑn ^ `n ÿӇ dӉ TXDQViW WURQJNKLÿyYұn tӕc góc và vұn tӕc tuyӃn tính cӫD$89QrQÿѭӧc thӇ hiӋn trong hӋ tӑDÿӝ BODY Gӕc o bWKѭӡQJÿѭӧc chӑn trùng vӟLÿLӇm giӳa thân AUV Các trөc x y z b, b, bÿѭӧc chӑn trùng vӟi trөc quán tính chính, YjWKѭӡQJÿѭӧFÿӏQKQJKƭDQKѭVDX
x b- trөc dӑF Kѭӟng tӯ SKtDVDXÿӃn truӟc)
Trang 27y b- trөFQJDQJ Kѭӟng tӯ bên trái sang bên phҧi)
z b- trөc pháp tuyӃQ Kѭӟng tӯ trên xuӕng duӟi)
Hunh 2.2 H͏ quy chi͇u
Vӏ trí và góc Euler
Trang 28Vӏ WUtYjKѭӟng cӫDSKѭѫQJWLӋn phҧLÿѭӧc mô tҧ trong khung tham chiӃu quán tính trong khi vұn tӕc tuyӃn tính và vұn tӕc góc cӫDSKѭѫQJWLrQSKҧLÿѭӧc xét trong hӋ tӑDÿӝ cӕ ÿӏnh thân xe Các tham sӕ NKiFQKDXÿѭӧF[iFÿӏnh theo ký hiӋu SNAME
ÿѭӧc trình bày trong B̫ng 2.1 Dӵa trên ký hiӋu này, chuyӇQÿӝng chung cӫa mӝt
SKѭѫQJWLӋQÿѭӡng thӫy vӟi 6 DOF có thӇ ÿѭӧc mô tҧ bҵQJFiFYHFWѫVDX
W PRPHQWTXD\WiFÿӝng vào AUV theo các trөc cӫa hӋ BODY
Nghiên cӭu vӅ ÿӝng lӵc có thӇ ÿѭӧc chia ra thành 2 phҫQ ÿӝng hӑc (kinematics) là khía cҥnh chӍ xem xét các khía cҥnh hình hӑc cӫa chuyӇQÿӝQJYjÿӝng lӵc (kinetics)
ÿyOjSKkQWtFKFiFOӵc gây ra chuyӇQÿӝng
2.3.1 3K˱˯QJWUuQKÿ͡ng h͕c 6DOF
Khi phân tích chuyӇQÿӝng cӫDFiFSKѭѫQJWLӋQÿѭӡng thӫy vӟi 6 DOF, hai hê trөc tӑDÿӝ tham chiӃXÿѭӧc chӍ UDQKѭWURQJKuQKVDX
Trang 29Hunh 2.3 H͏ trͭc t͕Dÿ͡
Vӟi AUV, xét vӏ WUtWKѭӡng sӱ dөng hӋ tӑDÿӝ NED trong khi lӵc và momen hay vұn tӕFWKѭӡng sӱ dөng hӋ tӑDÿӝ %2'<'RÿyYLӋc phân tích chuyӇQÿәi giӳa các hӋ quy chiӃu là rҩt cҫn thiӃt
Thӵc tӃ cho thҩy, viӋc chuyӇn hӋ tӑDÿӝ WѭѫQJÿѭѫQJYӟi viӋc nhân ma trұn, áp dөng các quy tҳc ma trұn xoay [7], [8] WKXÿѭӧc là mӝt ma trұn chuyӇn hӋ tӑDÿӝ, gӑi là
Trang 30Ta có thӇ thҩy khi góc pitch bҵng ±90° thì ma trұn J2 K2 NK{QJ[iFÿӏnh Tuy nhiên
theo thiӃt kӃ FѫNKtYjFiFKYұQKjQKNKLWKD\ÿәLFiFFѫFҩXÿӕi trӑng, góc pitch khi
vұn hành chӍ vào khoҧng ±60° Vì vұy ta có thӇ sӱ dөng công thӭc trên mà vүQÿҧm
bҧo không có vҩQÿӅ trong tính toán
Tӯ (2.1) và (2.2) ta có:
cos cos (cos sin sin sin cos )
(cos sin sin sin sin )sin cos (sin sin sin cos cos )
(sin sin cos cos sin )
sin tan cos tan
(2.3)
2.3.2 3K˱˯QJWUuQKFKX\͋Qÿ͡ng cͯa AUV
Vӏ trí cӫa tâm nәi và trӑng tâm trong hӋ tӑDÿӝ gҳn vӟi tâm quay cӫa AUV, kí hiӋu
Trang 31Tensor 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$89ÿӕi xӭQJKRjQWRjQÿѭӧc, vì vұy ta không thӇ Oѭӧc bӓ các giá trӏ nҵm ngoài
ÿѭӡng chéo Tuy nhiên, do (nӃu) ta chӑn g͙c t͕Dÿ͡ ngay t̩i tâm n͝i thì các thành
phҫQQJRjLÿѭӡng chéo sӁ rҩt nhӓ và gҫQQKѭFyWhӇ bӓ qua [9]
Trang 32W là lӵc và moment cӫa thӫy lӵFWƭQKYjÿӝng
W là lӵc và moment cӫa tín hiӋXÿLӅu khiӇn
Ĉӕi vӟi AUV khi chuyӇQÿӝQJGѭӟLQѭӟc thì các moment và lӵc thӫ\WƭQKVӁ do phҫn khӕLOѭӧQJWăQJWKrP DGGHGPDVV YjJLҧm chҩn (damping) gây nên trong khi các moment và lӵc thӫ\WƭQKOjGRWUӑng Oѭӧng và lӵFÿҭ\Jk\UD'RÿySKѭѫQJWUuQK (2.7) viӃt lҥLQKѭVDX