Tәng quan vӅ ROV
Hình 1.1 3KѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc có dây (ROV)
Cùng vӟi sӵ phát triӇn mҥnh mӁ cӫa các hoҥWÿӝng phөc vө nhu cҫu cӫDFRQQJѭӡi trên mһWÿҩt thì các hoҥWÿӝng vӅ ÿҧm bҧo an ninh quӕc phòng, phát triӇn kinh kӃ, hàng hҧi, khai thác tài nguyên biӇn, bҧo vӋ P{LWUѭӡng, du lӏch trên biӇQFNJQJSKiW triӇn không NpPĈһc biӋt là ӣ các quӕc gia ven biӇn, có bӡ biӇn dài, lãnh hҧi rӝng lӟn là mӝt thӃ mҥnh rҩt lӟn, ViӋt Nam là mӝt ví dө ÿLӇn hình Song, viӋc tiӃp cұQÿӃn P{LWUѭӡQJQj\ÿӇ quy hoҥch, phát triӇn và khai thác hӃt tiӅPQăQJELӇn không phҧi là bài toán dӉ tìm ra lӡi giҧi tӕLѭXYuQKLӅXOêGRFNJQJQKѭKҥn chӃ trong viӋc tiӃp cұn, nhҩt là viӋFFRQQJѭӡi không thӇ giҧi quyӃt các nhiӋm vө NKyNKăQWURQJP{L WUѭӡQJQѭӟc sâu, nguy hiӇm hoһFQѫLYQJQѭӟFFyÿLӅu kiӋn phӭc tҥp khó tiӃp cұn ĈLӅu này tác ÿӝng không nhӓ ÿӃn tiӃQÿӝ phát triӇn và là trӣ ngҥi lӟn khiӃQFRQQJѭӡi FKѭDWKӇ khai thác hӃt tiӅPQăQJELӇQQyLULrQJYjP{LWUѭӡQJGѭӟLQѭӟc nói chung
6RQJVRQJÿyFiFKҥn chӃ trong viӋc thӵc hiӋn các nhiӋm vө GѭӟLQѭӟFQKѭNKҧo ViWWKăPGzÿi\V{QJTXDQtrҳFGѭӟLQѭӟc, kiӇm tra, bҧRWUuFiFF{QJWUuQKGѭӟLÿi\ hoһc các nhiӋm vө quân sӵ QKѭUjSKiWKXӹ lôi, làm sҥFKFiFYQJQѭӟc sau chiӃn
2 WUDQKFNJQJÿzLKӓi mӝt khӕLOѭӧng công viӋc phҧi thӵc hiӋQGѭӟLQѭӟc rҩt lӟn và làm viӋFWURQJP{LWUѭӡng khҳc nghiӋt ÿӝ sâu lӟn, nhiӋWÿӝ thҩp, áp suҩt lӟQP{LWUѭӡng nguy hiӇm và ô nhiӉm, sóng gió ) Tuy nhiên, ӣ Qѭӟc ta các công viӋc này hҫu hӃt vүQÿѭӧc thӵc hiӋn bӣLFRQQJѭӡLFKѭDFyPӝt thiӃt bӏ QjRÿѭӧc nghiên cӭu hoàn chӍQKÿӇ ӭng dөQJÿLӅXÿyҧQKKѭӣng rҩt lӟn tӟi khҧ QăQJYjKLӋu quҧ giҧi quyӃt nhiӋm vө ӣ nhӳng khu vӵc rӝng lӟQP{LWUѭӡQJÿӝc hҥi, hiӇm trӣ vӟLFѭӡQJÿӝ làm viӋc liên tөc, hoһc ӣ nhӳQJÿӝ VkXPjFRQQJѭӡi không thӇ ÿӃQÿѭӧc
'RÿyYLӋc áp dөng sӵ tiӃn bӝ cӫa khoa hӑc công nghӋ trong viӋc chӃ tҥo các thiӃt bӏ GѭӟLQѭӟc hӛ trӧ và dҫn thay thӃ FRQQJѭӡi là vô cùng cҫn thiӃt, vӯDÿҧm bҧo ÿҥWÿѭӧc nhiӋm vө ÿӅ ra, vӟLÿӝ chính xác và hiӋu quҧ Yѭӧt trӝi, vӯDÿҧm bҧRÿѭӧc DQWRjQFKRFRQQJѭӡi HiӋn nay, trên thӃ giӟLÿmYjÿDQJSKiWWULӇn nhiӅu loҥLSKѭѫQJ tiӋn ngҫPGѭӟLQѭӟF ÿѭӧc gӑi chung vӟi cái tên quӕc tӃ là Underwater Robotic, QKѭQJ SKә biӃn là 2 loҥL SKѭѫQJ WLӋn ngҫP ÿLӅu khiӇn tӯ xa ROV (Remotely 2SHUDWHG 9HKLFOHV SKѭѫQJ WLӋn ngҫm tӵ hành AUV (Autonomous Underwater Vehicles) Mӛi loҥi có FKRPuQKWtQKѭXYLӋWFNJQJQKѭNKҧ QăQJӭng dөng chuyên biӋWEѭӟFÿҫu hӛ trӧ ÿҳc lӵFFKRFRQQJѭӡLWURQJVkQFKѫLPӟi ± VkQFKѫLGѭӟLQѭӟc
7URQJÿy529ÿѭӧc liên kӃt vӟLWUXQJWkPÿLӅu khiӇn trên bӡ hoһc trên mһWQѭӟc (tàu mҽ) bҵng hӋ thӕng cáp trong quá trình hoҥWÿӝng Phҥm vi làm viӋc cӫa loҥi robot này bӏ giӟi hҥn bӣi chiӅu dài dây cáp dүn Khác vӟi loҥi AUV, ROV có thӇ làm viӋc trong khoҧng thӡi gian lӟQGѭӟLQѭӟc mà không phҧi thoát lên khӓi mһWQѭӟFÿӇ nҥp WKrPÿLӋQQăQJ9uYұy ROV dӉ dàng trong viӋFÿLӅu khiӇn, cҩp nguӗn và truyӅn tín hiӋu thông qua dây cáp, vұn hành mӝt sӕ WKDRWiFÿѫQJLҧQQKѭKjQFҳt, gҳp, lau chùi trên tàu mҽ
Vӟi tính mӣ YjÿDGҥng ӭng dөng, tùy thuӝc vào loҥi công viӋc và phҥm vi ӭng dөQJPjQJѭӡi ta thiӃt kӃ ROV vӟi nhӳng kích cӥ khác nhau, vӟi mӝt sӕ ӭng dөng QKѭNKҧo sỏt biӇn, giàn khoan, lҩy mүu khҧRViWQѭӟc và sinh vұt biӇQô
Mһc dù trên thӃ giӟLÿDQJSKiWWULӇn rҩt mҥnh mӁ vӅ các ӭng dөng cӫa ROV, trong Qѭӟc, các nghiên cӭu hoàn chӍnh vӅ thiӃt kӃ chӃ tҥRSKѭѫQJWLӋQNK{QJQJѭӡi lái
3 phөc vө quan trҳc, khҧRViWP{LWUѭӡQJQѭӟc vүn còn rҩt hҥn chӃ'RÿyYLӋc nghiên cӭu các giҧi thuұWÿLӅu khiӇQFKRÿӕLWѭӧng này vүQÿDVӕ chӍ dӯng ӣ mӭc mô phӓng, NK{QJFyÿLӅu kiӋn kiӇm chӭng giҧi thuұt trên mô hình thӵc tӃĈk\Yӯa là thách thӭc, vӯDOjFѫKӝLÿӇ nghiên cӭu và phát triӇn công nghӋ chӃ tҥo và các giҧi thuұWÿLӅu khiӇn ROV, nhҵm tӵ chӫ ÿѭӧc vӅ mһWNƭWKXұt và công nghӋ, giҧm chi phí so vӟi viӋc sӱ dөng các thiӃt bӏ QѭӟFQJRjLĈӗng thӡLQkQJFDRQăQJVXҩt, chҩWOѭӧng, tính tӵ ÿӝng hóa trong viӋc thӵc hiӋn các nhiӋm vө GѭӟLQѭӟFĈӇ OjPÿѭӧFÿLӅXÿyPӝt trong nhӳng yêu cҫXÿһt ra cho ROV là phҧi có khҧ QăQJJLӳ ÿѭӧFJyFKѭӟng và vӏ WUtWURQJP{LWUѭӡng làm viӋFGѭӟLQѭӟc có nhiӅu ngoҥi lӵc ngүXQKLrQWiFÿӝng Mӝt yêu cҫu khác cho ROV là khҧ QăQJOҩy mүu vұt tҥi vӏ trí làm viӋc Ӣ tác vө này, vұt ÿѭӧc lҩy mүu OjPWKD\ÿәi các thông sӕ mô hình so vӟi thiӃt kӃ EDQÿҫu (khӕLOѭӧng, momen quán tính, trӑng tâm, tâm nәi) ± làm ROV bӏ mҩt cân bҵng, ҧQKKѭӣng xҩu ÿӃn chҩWOѭӧQJÿiӅu khiӇn HӋ thӕQJÿLӅu khiӇQWUrQ529NKLÿySKҧLFyFiFFѫFKӃ tӵ ÿLӅu chӍQKÿӇ NKiQJÿѭӧc sӵ WKD\ÿәi này.
Tình hình nghiên cӭu vӅ ROV
&iFSKѭѫQJWUuQKÿӝng hӑFYjÿӝng lӵc hӑc cӫa robot lһn nói chung và ROV nói riêng tӯ OkXÿmÿѭӧc nêu ra và phân tích ӣ rҩt nhiӅXFiFÿҫu sách và bài báo cӫa nhiӅu nhà nghiên cӭu Nәi bұt trong sӕ ÿyOj7KRU,)RVVHQPӝt kiӃQWU~FVѭKҧLTXkQQJѭӡi Na-X\QJѭӡLÿmFyKѫQEjLEiRWURQJFiFOƭQKYӵc dүQÿѭӡQJÿӏnh vӏ YjÿLӅu khiӇQFKRWjXYjFiFSKѭѫQJWLӋQGѭӟLQѭӟFÐQJFNJQJOjWiFJLҧ cӫDEDÿҫu sách 7URQJÿy[1] - cuӕQViFKÿҫu tiên cӫa ông viӃWYjRQăPÿmÿѭӧc giӟi khoa hӑc ÿiQKJLiOjPӝt tài liӋu tham khҧo chuҭn mӵc trong viӋc thiӃt kӃ các hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn cho tàu và các thiӃt bӏ lһn Trong các vҩn ÿӅ ÿѭӧF)RVVHQÿѭDUDWKҧo luұn, ta TXDQWkPÿӃn viӋc xây dӵQJSKѭѫQJWUuQKÿӝng hӑFÿӝng lӵc hӑFFKRSKѭѫQJWLӋn ngҫPGѭӟLQѭӟF7KHRÿyFKX\ӇQÿӝng cӫDSKѭѫQJWLӋn ngҫPGѭӟLQѭӟFÿѭӧc phân tích thành 6 bұc tӵ do (3 vӏ trí ± x, y, z và 3 góc ± roll, pitch, yaw)
4 KӃt quҧ WUrQÿmÿѭӧc các tác giҧ ӣ [2] kӃ thӯa, sӱ dөQJÿӇ mô hình hóa mүu ROV tӕFÿӝ thҩS55&529,,QKѭKuQKGѭӟL7KHRÿyYӟi cách bӕ WUtÿӝQJFѫQKѭYұy, ta Fyÿѭӧc sӵ ҧQKKѭӣng cӫDÿӝQJFѫQj\WUrQOӵc tәng quát cӫDP{KuQKOjQKѭVDX
+ÿӝQJFѫQJDQJ77ÿѭӧc bӕ trí dӑc trөc x : ҧQKKѭӣQJÿiQJNӇ lên lӵc SKѭѫQJ[YjPRPHQWUөc z ÿӝng còn lҥL77ÿѭӧc bӕ trí nghiêng mӝWJyFÿӝ trên mһt phҷng Ozy : ҧQKKѭӣQJÿiQJNӇ lên lӵFSKѭѫQJ\]YjPRPHQWUөc x
Hình 1.2 6ѫÿӗ bӕ WUtÿӝQJFѫFӫa RRC ROV II
Các kӃt quҧ SKkQWtFKWUrQÿmÿѭӧc [2] thӇ hiӋn ӣ ma trұn phân bӕ ÿӝQJFѫWKUXVWHU DOORFDWLRQPDWUL[Ĉk\PDWUұn - gӗm 6 hàng và n cӝt (vӟi n là sӕ ÿӝQJFѫÿDQJNKҧo sát) - ánh xҥ tӯ lӵFPRPHQVLQKUDWUrQFiF ÿӝQJFѫÿӃn các lӵc/momen theo các SKѭѫQJ[\]
Vӟi giҧ ÿӏnh là góc roll và pitch cӫa ROV có khҧ QăQJWӵ әQÿӏnh, các tác giҧ ÿm dүQUDSKѭѫQJiQÿLӅu khiӇn 4 bұc còn lҥi bҵng cách sӱ dөng bӝ ÿLӅu khiӇn cҩu trúc nӕi tiӃSFDVFDGHVWUXFWXUH7URQJÿyEӝ ÿLӅu khiӇn H-LQIÿѭӧc thiӃt kӃ cho vòng ÿLӅu khiӇn vұn tӕc bên trong nhҵm kháng nhiӉXÿӃn tӯ dây dүQFNJQJQKѭFiFWKDPVӕ không chҳc chҳn Bӝ ÿLӅu khiӇQ3'ÿѭӧc thiӃt kӃ FKR YzQJÿLӅu khiӇn vӏ trí bên
5 ngoài KӃt quҧ mô phӓng cho thҩy cҩXWU~FÿLӅu khiӇn H-inf và PD nӕi tiӃp giӳ vӏ trí cho ROV vӟLSKѭѫQJVDLQKӓ KѫQVRYӟi cҩXWU~F3'ÿѫQOҿ
ViӋc thiӃt kӃ và hiӋn thӵc hóa các bӝ ÿLӅu khiӇn cho ROV trên thӵc tӃ gһp nhiӅu NKyNKăQGR529ÿѭӧc mô tҧ bӣi mӝt hӋ phѭѫQJWUuQKWRiQFyWtQKSKLWX\Ӄn lӟn vӟi nhiӅu tham sӕ bҩWÿӏnh và biӃQÿәi trong quá trình vұQKjQKĈӇ giҧi quyӃt khó NKăQQrXWUrQFiFWiFJLҧ ӣ >@ÿӅ xuҩt bӝ ÿLӅu khiӇn thích nghi L1 cho viӋFÿLӅu khiӇn әQÿӏnh hóa 2 bұc tӵ do pitch và depth cho ROV7KHRÿyFҩXWU~FÿһFWUѭQJ cӫa bӝ ÿLӅu khiӇQQj\PDQJÿӃn mӝt sӕ ѭXÿLӇm nәi trӝLQKѭNKҧ QăQJWiFKELӋt ÿѭӧc tính thích nghi và tính bӅn vӳng; giá trӏ ÿҫu cӫa các thông sӕ ѭӟFOѭӧng không cҫQWtQKWRiQYjÿѭӧc gán bҵng 0 Bӝ ÿLӅu khiӇQQj\ÿmÿѭӧc hiӋn thӵc hóa trên hӋ thӕng nhúng cӫa ROV cho thҩy khҧ QăQJNKiQJÿѭӧc các yӃu tӕ không chҳc chҳn tӯ mô hình và ngoҥi lӵc tӯ ErQQJRjLWiFÿӝng
Các tác giҧ ӣ >@ÿӅ xuҩt mӝt giҧi thuұt hoàn chӍQKOLrQTXDQÿӃn bӝ dүQÿѭӡng (guidance), bӝ ÿӏnh vӏ (navigation) và bӝ ÿLӅu khiӇn (control) cho mӝt lӟp ROV thám hiӇm Mӝt bӝ ѭӟFOѭӧng trҥng thái dùng EKF vӟi tҫn sӕ cұp nhұWFDRGѭӧc xây dӵng ÿӇ kӃt hӧp các giá trӏ ÿRWӯ cҧm biӃn siêu âm, DVL, IMU, la bàn và cҧm biӃQÿӝ sâu Ĉӝ chính xác cӫa giҧi thuұWѭӟFOѭӧQJÿѭӧc kiӇPWUDGѭӟLQѭӟc sӱ dөng hӋ thӕng camera quang hӑFFyÿӝ chính xác cao (high precision optical motion capture system) 7URQJNKLÿyPӝt bӝ ÿLӅu khiӇn vӏ trí ROV có cҩu trúc gӗm 2 lӟSWKtFKQJKLFNJQJ ÿѭӧFÿӅ xuҩt : lӟSÿҫXWLrQGQJÿӇ hiӋu chӍQKFiFÿӝ lӧi cӫa bӝ PID, lӟp thӭ KDLÿӇ ѭӟFOѭӧng chһn trên cӫa các tham sӕ không chҳc chҳn Bӝ ÿLӅu khiӇQQj\ÿmÿѭӧc kiӇm chӭng bҵng thӵc nghiӋm cho thҩy sӵ bӅn vӳng vӟi sӵ trôi thông sӕ (parameter drift) - mӝt vҩQÿӅ có thӇ dүQÿӃn sӵ mҩt әQÿӏnh cӫa hӋ thӕng nӃu tín hiӋXÿҫu vào ³NpPWK{QJWLQ´
Bài báo ӣ [5] gҫQÿk\FNJQJTXDQWkPÿӃn vҩQÿӅ ÿLӅu khiӇn bám quӻ ÿҥo cho ROV VҩQÿӅ ÿѭӧc các tác giҧ ÿһt ra ӣ ÿk\Oj7rong các nhiӋm vө trên biӇn, các SKѭѫQJWLӋQGѭӟLQѭӟc phҧi chӏu sӵ WKD\ÿәi cӫa các thông sӕ cӫa hӋ thӕng và chӏu nhӳng nhiӉXÿӝng liên tөc tӯ bên ngoài Nhӳng vҩQÿӅ này làm cho viӋc thiӃt kӃ mӝt
6 bӝ ÿLӅu khiӇn bӅn vӳng trӣ thành mӝt nhiӋm vө NKiNKyNKăQ Tӯ ÿyQJKLrQFӭu [5] tұp trung vào viӋc thiӃt kӃ mӝt bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt bұc cao thích nghi bám quӻ ÿҥo (high order sliding mode controller) 7tQKQăQJFKtQKFӫa bӝ ÿLӅu khiӇn này là nó vүn giӳ ÿѭӧc nhӳng ѭX ÿLӇm cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn bӅn vӳQJ+ѫQQӳa, nó không cҫn biӃt WUѭӟc chһn trên cӫa nhiӉu và dӉ dàng chӍQKÿӏnh trong thӵc tӃ Bҵng viӋc sӱ dөng lý thuyӃt Lyapunov, tính әQÿӏnh tiӋm cұn cӫa hӋ thӕQJEiPYzQJNtQÿѭӧFÿҧm bҧo
Bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧc áp dөQJÿӇ ÿLӅu khiӇn bám quӻ ÿҥRÿӝ sâu và góc yaw cho mô hình ROV thӵc Mӝt sӕ bài báo gҫQÿk\FNJQJTXDQWkPÿӃn vҩQÿӅ này là : [6], [7], [8], [9], [10]7URQJÿyEjLEiR>@TXDQWkPÿӃn viӋFÿLӅu khiӇn ROV khi mang vác vұt nһng
Bài báo [11] phát triӇn bӝ quan sát góc heading cho ROV Bӝ quan sát này bao gӗm 2 lӟp : LӟSÿҫXWLrQѭӟFOѭӧng góc roll/ pitch, lӟp thӭ KDLѭӟFOѭӧng góc yaw
Bӝ ѭӟFOѭӧng này cho thҩy mӝWѭXÿLӇm là khҧ QăQJWiFKҧQKKѭӣng cӫa nhiӉu tӯ WUѭӡng lên góc roll và pitch Trong luұQYăQQj\WDVӁ tұn dөng lӟSÿҫu tiên cӫa bӝ TXDQViWQj\ÿӇ xây dӵng bӝ ѭӟFOѭӧng trҥng thái cho các bӝ ÿLӅu khiӇn
Bài báo [12] tұp trung mô hình hoá hӋ ROV xét cҧ sӵ ҧQKKѭӣng cӫa dây dүn (umbilical cable effect) KӃt quҧ cӫa bài báo cho thҩy rҵng sӵ ҧQKKѭӣng cӫa dây dүn lên chuyӇQÿӝng cӫa ROV thӵc sӵ ÿiQJNӇ trong thӵc tӃ.
Mөc tiêu
Mөc tiêu chính cӫDÿӅ tài là thiӃt kӃ, xây dӵng bӝ ÿLӅu khiӇn thích nghi có khҧ QăQJәQÿӏnh hóa SKѭѫQJÿӭng cӫa 529UROOSLWFKÿӝ sâu) WURQJÿLӅu kiӋn có ngoҥi lӵc không biӃW WUѭӟc WiF ÿӝng &iF SKѭѫQJ iQ ÿLӅu khiӇn và hiӋu suҩt cӫa tӯng SKѭѫQJ iQ VӁ ÿѭӧF QrX UD SKkQ WtFK Yj ÿiQK JLi TXD NӃt quҧ mô phӓng sӱ dөng MATLAB/Simulink Trong luұQYăQFNJQJQrXUD Pô hình các cҧm biӃn cùng vӟi nhiӉXÿR Tӯ ÿyPӝt bӝ ѭӟFOѭӧng trҥng thái cho bӝ ÿLӅu khiӇQFNJQJÿѭӧc xây dӵng, mô phӓQJYjÿiQKJLiVDLVӕ KӃt quҧ khi kӃt hӧp bӝ ѭӟFOѭӧng và bӝ ÿLӅu khiӇn cho thҩy khҧ QăQJӭng dөng cӫa giҧLSKiSÿѭDUDWURQJOXұQYăQYjRWKӵc tӃ
éQJKƭDWKӵc tiӉn cӫDÿӅ tài
Sҧn phҭm cӫDÿӅ tài có thӇ áp dөQJÿӇ nhúng vào hӋ thӕng thӵc, әQÿӏnh hoá SKѭѫQJÿӭng cӫa ROV, thích nghi vӟi nhiӉu ngoҥi lӵFWiFÿӝng (nhiӉu tӯ dây cáp, vұt nһQJôFKi phớ thҩp do sӱ dөng sӕ Oѭӧng cҧm biӃn tӕi thiӇXÿӝ sõu, IMU)
Giӟi thiӋu mô hình ROVVIAM900
Phân bӕ lӵFÿӝQJFѫ
Gӑi r m b E 3 1 u là vector vӏ trí tӯ gӕc O b ÿӃQÿLӇPÿһt lӵc W m E trong hӋ Body Dӵa vào các khoҧQJFiFKÿmÿѭӧFÿӏQKQJKƭDtrong Hình 2.2 Ta viӃWUDÿѭӧc :
Các vector lӵFÿӝQJFѫNKDLWULӇn trong hӋ Body :
Lӵc và mô-men tәng quát IJ m ÿѭӧF[iFÿӏnh tӯ các lӵFÿӝQJFѫ IJ b m E theo công thӭc sau :
Pt (2.9) ÿѭӧc viӃWGѭӟi dҥng khai triӇQQKѭVDX
2 2 m m m m m m m m m m m m mi m m m m mc m m mi m m m m mb m m ma m mg mf m m md me m m r r r r r r r r r
13 Hình 2.4 ĈѭӡQJÿһc tuyӃn cӫDÿӝQJFѫ%OXH5RERWLFV7ÿѭӧc xҩp xӍ tӯ dӳ liӋu thӵc nghiӋm
Bҧng 2.2 Các thông sӕ mô hình ÿӝQJFѫ7 7KӡLKҵQJ * m E 1.5 giây +ӋVӕ N m 1 -0.0001
Gӑi u m E ( )t [1100;1900] microseconds - là tín hiӋu xung PWM cҩp vào driver ESC theo thӡi gian W m st E ( )t là giá trӏ lӵFÿҭy ӣ trҥng thái xác lұp KӃt quҧ thӵc nghiӋm ÿROӵFÿҭ\ÿӝQJFѫJL~SWD[iFÿӏnh mӝt tұp giá trӏ W m st E WѭѫQJӭng vӟi u m E Tұp dӳ liӋXQj\ÿѭӧc xҩp xӍ WKjQKFiFÿѭӡQJFRQJQKѭӣ Hình 2.4 bҵng MATLAB Curve Fitting Toolbox Tӯ ÿyWDÿѭӧFSKѭѫQJWUuQKVDX
(2.11) tURQJÿyN mi vӟi i 1, 2, ,6 là các hҵng sӕ
Gӑi W m st E ( )s 1 {W m st E ( )}t , W m E ( )s 1 {W m E ( )}t 7URQJ ÿy 1 {.} là toán tӱ biӃQ ÿәL /DSODFH QJѭӧc, s là biӃn Laplace Mӕi quan hӋ giӳa W m E ( )s và W m st E ( )s ÿѭӧc mô hình hoá dҥng bӝ lӑc thông thҩSQKѭVDX
WURQJÿy* m E là thӡi hҵng Vӟi H 0.02, * m E ln( )H là thӡi gian cҫn thiӃWÿӇ lӵFÿҭy motor thӭ E ÿҥWÿӃn 98% giá trӏ xác lұp
Tҥi bӝ ÿLӅu khiӇn, ta giҧLQJѭӧc tín hiӋu u m E tӯ lӵc W m st E theo công thӭc sau :
2 st m m m m m st m m m st st m m m m m m st m m u
Phân tích tính әQÿӏnh
Ĉһt n( , )Ȟ Ș & Ȟ Ȟ ' Ȟ Ȟ J Ș( ) ( ) ( ) Trong phҫn này, giҧ ÿӏnh ROV hoҥWÿӝng ӣ miӅn vұn tӕc thҩp, ta bӓ qua thành phҫn Coriolis và ma trұn giҧm chҩn phi tuyӃn Tӭc là C( )Ȟ | và ( )D Ȟ ' l ' Ȟ n ( )|' l KLÿyn( , )Ȟ Ș ' Ȟ J Ș l ( ) Pt (2.2) ÿѭӧc viӃt lҥi :
Mӝt vài yêu cҫu thiӃt kӃ cho hӋ 529ÿѭӧFQrXUDVDXÿk\7DFyWKӇ tұn dөng nhӳng yêu cҫXQj\ÿӇ ÿѫQJLҧn hoá FiFSKѭѫQJWUuQKWRiQVDXQj\
'R WtQK ÿӕi xӭng cӫa ROV, toҥ ÿӝ y cӫa tâm khӕi và tâm nәi bҵng 0
) (y b y g 0 và ma trұn mô-men quán tính so vӟi tâm khӕi là ma trұQÿѭӡng chéo
+) Vӏ trí cӫa tâm khӕi phҧi nҵPGѭӟi tâm nәLWKHRSKѭѫQJWKҷQJÿӭng, tӭc là g b 0 z z t
15 ĈӇ ÿӅ phòng nhӳQJWUѭӡng hӧp khҭn cҩSÿӝ lӟn lӵc nәLWKѭӡQJÿѭӧc thiӃt lӟn KѫQWUӑng lӵc, do vұy B W ' BW !0
Tӯ nhӳng yêu cҫu thiӃt kӃ WUrQ SKѭѫQJ WUuQK ÿӝng hӑF Yj ÿӝng lӵc hӑc cho chuyӇQÿӝQJJyFUROOÿѭӧc rút ra tӯ (2.1) và (2.14) QKѭVDX
( ) ] p g b g x p v g g v g g g p rc t qs t p K K p s c Wz Bz mz I K v Y z mz Y vz mrx z
WURQJÿym W B x, , , g ,z g ,z I b , x ,K p ,K p ,Y Y v , v là các tham sӕ ROV K là ngõ vào mô-men góc roll
Giҧ ÿӏnh rҵng các biӃn trҥQJWKiLSKѭѫQJQJDQJFӫD529QKѭv,v r r, , ÿӫ nhӓ ÿӇ có thӇ bӓ qua các sӕ hҥng chӭa nó, ta có :
Ma trұn Jacobian cӫa (2.16) tҥLÿLӇm cân bҵng ( , ,I p K) (0,0,0) :
( b g ) p g x p g x p qt c Bz Wz K mz I K mz I K
YjSKѭѫQJWUuQKÿһFWUѭQJWѭѫQJӭng vӟi các hӋ sӕ ÿѭӧc kí hiӋu là N ce 1 ,N ce 2 ,N ce 3
1 2 2 3 det s IA I N ce s N ce sN ce (2.18) WURQJÿy
K K mz I qt K qt c Wz Bz mz I K mz I K
16 ĈLӅu kiӋn cҫQYjÿӫ cho ( , ,I p K) (0,0,0) là mӝWÿLӇm cân bҵng әQÿӏnh tiӋm cұn là N ce 1 ,N ce 2 ,N ce 3 lӟQKѫQ'RYұy ta có :
BҩWSKѭѫQJWUuQK(2.19) có thӇ ÿѭӧFÿѫQJLҧn hoá bҵng cách xem giá trӏ qt T nhӓ trong quá trình hoҥWÿӝng cӫa ROV :
K c Wz T Bz ° ° ! ® ! ¯ (2.20) ĈLӅu kiӋQÿҫu tiên cӫa (2.20) WKuOX{Qÿѭӧc thoҧ mãn do pK p ÿѭӧFÿӏQKQJKƭDOj mô-men cҧn trөc roll tác dөQJQJѭӧc so vӟi vұn tӕc góc xoay quanh trөc roll p , tӭc là K p 07KrPYjRÿy, sӵ chênh lӋch giӳa trӑng lӵc và lӵc nәi cӫD529ÿmWKLӃt kӃ nhӓ (' BW |0) Do vұ\ ÿLӅu kiӋn thӭ KDL ÿѭӧc viӃt lҥi là
Wz W ' z W z z 'z |W z z ! luôn thoҧ mãn do yêu cҫu thiӃt kӃ thӭ KDLÿѭӧc nêu ra ӣ trên KӃt quҧ là ( , , )I p K (0,0,0) OjÿLӇm cân bҵng әQÿӏnh tiӋm cұn mà hӋ thӕng luôn hӗi vӅ sau khi tác dөng mӝt nhiӉu nhӓ Do vұy, ta có thӇ bӓ qua phҫn chuyӇQÿӝng góc roll trong bӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭng sӁ ÿѭӧc thiӃt kӃ ӣ FKѭѫQJsau.
Thông sӕ mô hình ROV
0{KuQK529'ÿѭӧc xây dӵng bҵng phҫn mӅm SOLIDWORKS® ÿѭӧc trình bày ӣ Hình 2.1 ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ [iFÿӏnh các tham sӕ cӫa hӋ thӕng Các tham sӕ ÿһc WUѭQJFKRKӋ vұt rҳQQKѭOjYӏ trí tâm khӕi, tâm nәi, khӕLOѭӧng, moment quán tính co thӇ ÿѭӧF[iFÿӏnh dӉ dàng bҵng cách sӱ dөQJWtQKQăQJF{QJFө Mass Properties 7URQJNKLÿyFiFKӋ sӕ cҧn tӏnh tiӃn (translational drag coefficientsÿѭӧc tính bҵng SOLIDWORKS® Flow Simulation Tҩt cҧ các tham sӕ còn lҥLQKѭNKӕLOѭӧQJWăQJ thêm (added mass) và hӋ sӕ cҧQ[RD\ÿѭӧc lҩy tӯ mô hình RRC ROV II QKѭӣ [2]
17 Bҧng 2.3 Các thông sӕ chính mô hình ROVVIAM900
Cҩu trúc tәng thӇ cӫa giҧi thuұWÿLӅu khiӇn chuyӇQÿӝng hӋ ROV
Hình 3.1 Cҩu trúc tәng thӇ hӋ thӕQJÿLӅu khiӇn cӫa hӋ ROV
Theo Hình 3.1, nhiӋm vө ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭQJYjSKѭѫQJQJDQJÿѭӧc thӵc hiӋn bӣi bӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭQJYjSKѭѫQJQJDQJYHUWLFDOhorizontal controller) WѭѫQJӭng ĈӇ WKXÿѭӧc tín hiӋu hӗi tiӃp vӅ cho bӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJQJDQJPӝt sӕ cҧm biӃQÿӏnh vӏ FKLSKtFDRQKѭOj'9/Doppler Velocity Logger) , USBL (Ultra Short BaselineôFKR n và e) và cҧm biӃn la bàn (cho \ ) cҫn phҧi ÿѭӧc trang bӏ 7URQJNKLÿyEӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭng chӍ yêu cҫu mӝt vài cҧm biӃn giá thҩSQKѭ cҧm biӃn áp suҩt (cho d ), cҧm biӃn gyroscopes và cҧm biӃn gia tӕc (cho \ và T) Mөc ÿtFKFӫa bӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭQJÿѭӧc thiӃt kӃ trong phҫn này là ép ROV bám theo quӻ ÿҥRÿӝ sâu mong muӕQÿӗng thӡi әQÿӏnh hoá góc pitch
Bӝ ÿLӅu khiӇn PID
Hình 3.2 6ѫÿӗ khӕi bӝ ÿLӅu khiӇn PID
Giҧi thuұt tính toán bӝ ÿLӅu khiӇn PID bao gӗm 3 thông sӕ riêng biӋWGRÿyÿ{L NKLQyFzQÿѭӧc gӑLOjÿLӅu khiӇn ba khâu: các giá trӏ tӍ lӋWtFKSKkQYjÿҥo hàm, viӃt tҳt là P, I, và D Giá trӏ tӍ lӋ [iFÿӏQKWiFÿӝng cӫa sai sӕ hiӋn tҥi, giá trӏ tích phân xác ÿӏQKWiFÿӝng cӫa tәng các sai sӕ quá khӭ, và giá trӏ YLSKkQ[iFÿӏQKWiFÿӝng cӫa tӕFÿӝ biӃQÿәi sai sӕ Tәng chұp cӫDEDWiFÿӝQJQj\GQJÿӇ ÿLӅu chӍnh quá trình thông qua mӝt phҫn tӱ ÿLӅu khiӇn Nhӡ vұy, nhӳng giá trӏ này có thӇ làm sáng tӓ vӅ quan hӋ thӡi gian: P phө thuӝc vào sai sӕ hiӋn tҥi, I phө thuӝFYjRWtFKONJ\FiFVDLVӕ quá khӭ, và D dӵ ÿRiQFiFVDLVӕ WѭѫQJODLGӵa vào tӕFÿӝ WKD\ÿәi hiӋn tҥi
Bӝ PID áp dөQJFKRSKѭѫQJÿӭng ROV :
Công thӭc chuyӇn tӯ lӵc và mô-men tәng quát Z , M sang các lӵFÿӝQJFѫÿѭӧc trình bày ӣ phҫn sau
3.3 Bӝ ÿLӅu khiӇn hӗi tiӃp tuyӃn tính hoá GDQKÿӏnh (NLFC)
Hình 3.3 Cҩu trúc bӝ ÿLӅu khiӇn hӗi tiӃp tuyӃn tính hoá әQÿӏQKKRiSKѭѫQJ ÿӭng vӟi tham sӕ danh ÿӏnh ĈӇ xây dӵng NLFCWUѭӟc hӃt ta viӃt lҥLSKѭѫQJWUuQKÿӝng hӑFYjÿӝng lӵc hӑc cӫa hӋ ROV Gѭӟi dҥng hӋ SKѭѫQJWUuQKQKѭӣ Gѭӟi :
WURQJÿyylà tín hiӋu ngõ ra
7DWtQKÿҥo hàm cӫa tín hiӋu ra FKRÿӃn khi xuҩt hiӋn IJ m :
(3.4) Ĉһt tín hiӋu vào mӟi là a n y Tӯ ÿyWDU~WUDOXұWÿLӅu khiӇn :
Tín hiӋu vào mӟi a n ÿѭӧc chӑQGѭӟi dҥng bӝ ÿLӅu khiӇn PD : n d d p a Ș Ș Ș (3.6)
WURQJ ÿy Ș Ș Ș d n e d , , , , , I T \ là sai sӕ giӳa giá trӏ ÿһt và giá trӏ ÿR p ! , d !
K 0 K 0 có thӇ ÿѭӧc chӑn dҥng ma trұn chéo Ta áp dөQJSKѭѫQJWUuQKWUrQ cho bӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭng des , des , des
WURQJÿyK p d , ,K d d , ,K p , T , K d , T là các tham sӕ bӝ ÿLӅu khiӇn, d des là tín hiӋXÿӝ sâu mong muӕn Trong khi giá trӏ góc pitch mong muӕn bҵng 0 (T des 0)
Ta rút ra hàng 3 và hàng 5 cӫa (2.3)ÿӗng thӡi bӓ qua sӵ ҧQKKѭӣng cӫa các biӃn trҥQJ WKiL SKѭѫQJ QJDQJ u v r , , , các biӃn gia tӕF ÿLӅu khiӇn SKѭѫQJ QJDQJ (a a a n n , e n , \ n ) và gia tӕFÿLӅu khiӇn góc roll (a I n ) :
LuұWÿLӅu khiӇn (3.5) áp dөQJFKRSKѭѫQJÿӭng :
Z M w g b q w g g b c c B W Z w s Wz Bz M q Z wx c c Wx Bx
'RÿyÿӇ thӵc hiӋn luұWÿLӅu khiӇn này, chúng ta cҫn biӃt :
+) Các tham sӕ ROV : Lӵc nәi ( )B , trӑng lӵc ( )W , khӕLOѭӧng ( )m , mô-men quán tính trөc y (I y ), vӏ trí khӕi tâm (x g ,z g ), vӏ trí tâm nәi (x z b , b ), hӋ sӕ lӵc cҧn (Z w ,M q ), hӋ sӕ added mass (Z w ,M q )
+) Giá trӏ ÿRq d, ÿѭӧFÿROҫQOѭӧt tӯ cҧm biӃn gyroscopes và cҧm biӃn áp suҩt;
I T, ÿѭӧc tính tӯ cҧm biӃn gia tӕc và gyroscopes, w ÿѭӧFѭӟFOѭӧng bҵng cách sӱ dөng các giá trӏ ÿRWӯ cҧm biӃn gia tӕc và áp suҩt
Công thӭFGѭӟi ÿk\ÿѭӧc suy ra tӯ (2.10) Yjÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ tính các lӵFÿӝng FѫWӯ lӵc tәng quát Z và mô-men góc pitch M Bҵng sӵ loҥi bӓ, r mi nhӳng lӵc và mô-men tәng quát này không bӏ ҧQKKѭӣng bӣi các lӵFÿӝQJFѫQJDQJ0һt khác, ta cҫn K 0 nên W m 5 W m 6
2( ) ma m m ma mb m mb ma mb
/ѭXêUҵng thuұWWRiQÿLӅu khiӇQEiPQj\ÿzLKӓi tín hiӋXÿһWÿӝ sâu d des phҧi khҧ vi bӏ chһQÿӃn bұc 2 Do vұy ta chӑn bӝ lӑc thông thҩp bұFÿӇ tín hiӋu này khҧ vi bӏ chһQÿӃQÿҥo hàm bұc 2 Hàm truyӅn cӫa bӝ lӑc là :
3.4 Bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt (SMC)
LuұWÿLӅu khiӇQWUѭӧt :
7URQJÿy a n Ș d K SMC p Ș S MC sat ı SMC vӟi 0
HӋ sӕ K SMC WKѭӡQJÿѭӧc chӑn lӟQÿӇ có thӇ bù lҩp các sai sӕ mô hình Tuy nhiên khi chӍnh K SMC quá lӟn sӁ gây nên hiӋQWѭӧQJGDRÿӝQJ³FKDWWHULQJ´
3.5 Bӝ ÿLӅu khiӇn hӗi tiӃp tuyӃn tính hoá thích nghi (ALFC)
Hình 3.4 Cҩu trúc bӝ ÿLӅu khiӇn hӗi tiӃp tuyӃn tính hoá әQÿӏQKKRiSKѭѫQJ ÿӭng vӟi luұt thích nghi Ӣ phҫQWUѭӟFWDÿm[k\Gӵng bӝ ÿLӅu khiӇn NLFC Gѭӟi giҧ ÿӏnh rҵng tҩt cҧ các tham sӕ cӫD529ÿmELӃt Trong phҫn này, mӝt luұt thích nghi tham sӕ ÿѭӧc sӱ dөng
24 cùng vӟi luұWÿLӅu khiӇn ӣ phҫQWUѭӟFÿѭӧFÿѭDUDEҵng các chia ma trұn M và n thành hai phҫn : phҫn tham sӕ ÿmELӃt (kí hiӋu bӣL³N´và phҫn tham sӕ FKѭDELӃt ³XN´'RÿySKѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc có thӇ ÿѭӧc viӃt lҥLQKѭVDX
LuұWÿLӅu khiӇQNKLÿyVӁ là : uk uk k k uk uk k k k k est est b m b b b IJ 0 0 D Q Q
7URQJÿyệ là cỏc thành phҫn cҫQѭӟFOѭӧng
Thay (3.15) vào (3.14)WDÿѭӧFSKѭѫQJWUuQKVDLVӕ :
M k M uk Ȟ Q k n uk M k M ệ uk a b n k uk k uk uk uk uk uk k uk uk uk uk uk k uk est est est est k uk est est ệ ệ ệ ệ ệ ệ b b b b b b b n
7URQJÿyĬ est Ĭ est Ĭ est là vector sai sӕ giӳa tham sӕ ѭӟFOѭӧng và tham sӕ thӵc; ĭ est ĭ est D Ȟ Ș b , , là ma trұn hӗLTX\ÿѭӧc xây dӵng tӯ các giá trӏ ÿRFҧm biӃn
Sӱ dөng kӃt quҧ tӯ (2.3) là Ȟ - 1 Ș -Ȟ và a b J 1 a n JȞ , thay vào SKѭѫQJWUuQKWUrQWDÿѭӧc :
Nhân hai vӃ SKѭѫQJWUuQKWUrQFKRJ ÿӗng thӡLÿһt M * J MJ 1 :
M Ș Ș Ș - ĭ Ĭ (3.19) ViӃWSKѭѫQJWUuQKWUrQӣ dҥng mô hình không gian trҥng thái (state-space model): est est x Ax BJ ĭ Ĭ (3.20)
Xét hàm sӕ V V x , Ĭ est , t : est 1 est
V x Px Ĭ ī Ĭ (3.21) Ĉҥo hàm hàm trên theo thӡi gian :
Tӯ ÿk\WDU~WUDOXұt thích nghi tham sӕ :
1 est est est ệ Ĭ ī ĭ - \ (3.23) y est là tín hiӋu mӟLÿѭӧFÿӏQKQJKƭDEӣi : y Cx, C > c 0 I c 1 I @ (3.24) WURQJÿyc 0 !0,c 1 !0 OjFiFÿҥLOѭӧQJY{KѭӟQJĈһt :
Theo [1], nӃXFiFÿLӅu kiӋQVDXÿѭӧc thoҧ mãn :
(3.27) thỡ V 0d HӋ quҧ là sӵ hӝi tө ê º ô ằ ơ ẳ x Ș Ș vӅ ÿѭӧFÿҧm bҧo thep bә ÿӅ Barbalat
Cҫn nói thêm rҵng là sӵ hӝi tө vector sai sӕ ѭӟFOѭӧng Ĭ est sӁ bӏ chһn chӭ không nhҩt thiӃt phҧi hӝi tө vӅ 0
Ta áp dөng luұWÿLӅu khiӇn thích nghi trên cho bӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭng Giҧ ÿӏnh rҵng mӝt sӕ tham sӕ 529ÿmELӃt là : vӏ trí tâm khӕi x g , z g , trӑng lӵc và khӕi Oѭӧng W m , KLÿyWDYLӃt ra phҫQÿmELӃWYjFKѭDELӃt cӫa ma trұn M n , :
(3.28) Ĉһt M uk Z M b , a n uk Z M , ĭ est Z M , Ĭ est Z M , 7URQJÿyYector tham sӕ không chҳc chҳn
Ma trұn hӗi quy ӭng vӟi vector tham sӕ không chҳc chҳn :
Sӵ so sánh chҩWOѭӧQJÿLӅu khiӇn giӳa bӕn bӝ ÿLӅu khiӇn ALFC, NLFC, PID và SMC ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng MATLAB ® Simulink
Quá trình mô phӓQJÿѭӧc tiӃn hành vӟLJLk\ÿҫu tiên ӣ WUѭӡng hӧp không có ngoҥi lӵFWiFÿӝng Sӵ xuҩt hiӋn cӫa mӝt ngoҥi lӵc và mô-men tác dөng vào ROV bҳWÿҫu tҥi thӡLÿLӅm giây thӭ 100 và cӭ thӃ GX\WUuFKRÿӃn hӃt quá trình mô phӓng Ngoҥi lӵFÿѭӧc mô hình hoá dҥng mӝt vұt thӇ nһQJÿѭӧFÿһt lӋch khӕi tâm 300 mm dӑc trөc x Công thӭc tính ngoҥi lӵc là :
B obj obj g g obj obj g g obj obj g BW BW BW ext BW
7URQJ ÿy êơx obj g y obj g z obj g ºẳ T êơx g ROV 300 mm y g ROV z g ROV ºẳ ,
' là chênh lӋch giӳa lӵc nәi và trӑng lӵc cӫa vұt nһng
28 Hình 3.5 BiӇXÿӗ thӡi gian ngoҥi lӵc và mô-men tác dөng vào ROV tҥi thӡi ÿLӇm 100 giây Ӣ WUѭӡng hӧp không có ngoҥi lӵc tác dөng (Kí hiӋu IDEAL trên hình), tín hiӋu ÿһWÿӝQJFѫOjKjPVyQJYX{QJĈLӅXQj\OjPÿiSӭng cho ngõ vào hӋ thӕng (là ba ÿӝQJFѫÿӭng) thӵc sӵ ³JLjXWK{QJWLQ´ÿӇ ÿҧm bҧo sӵ thích nghi thích hӧp cӫa bӝ ALFC Trong khi mӝt dҥng sóng sine vӟLELrQÿӝ và tҫn sӕ phù hӧSÿѭӧc chӑn trong WUѭӡng hӧp có sӵ xuҩt hiӋn cӫa ngoҥi lӵc (Kí hiӋu EXTERNAL trên hình) ÿӇ ÿҧm bҧRFiFQJ}UDÿӝQJFѫNK{QJYѭӧt quá các giá trӏ chһQWUrQGѭӟi/ѭXêUҵng các kӃt quҧ này có thӇ ÿѭӧc mӣ rӝQJWURQJWUѭӡng hӧp hӋ thӕQJÿѭӧc trang bӏ FiFÿӝQJFѫ mҥnh mӁ KѫQ Thӡi gian mô phӓng là 600 giây ÿѭӧFÿһWÿӫ GjLÿӇ ÿҧm bҧo sai sӕ cӫa bӝ ALFC gҫn bҵng 0 khi kӃt thúc mô phӓng
Các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧc mô phӓQJWURQJKDLWUѭӡng hӧp :
7Uѭӡng hӧp 1 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt bҵng giá trӏ ³ÿ~QJ´
29 +) 7Uѭӡng hӧp 2 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt tuǤ chӑn
Bҧng 3.1 Giá trӏ thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQWURQJKDLWUѭӡng hӧp
7Uѭӡng hӧp 1 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt bҵng giá trӏ ³ÿ~QJ´
KӃt quҧ mô phӓQJWUѭӡng hӧSÿѭӧFWUuQKEj\QKѭKuQKGѭӟi Tӯ ÿyWDU~WUD ÿѭӧc nhӳng nhұn xét sau :
+) Ӣ JLDLÿRҥn không có ngoҥi lӵc (IDEAL), sai sӕ hiӋu dөng các bӝ ÿLӅu khiӇn chênh lӋFKQKDXNK{QJÿiQJNӇ Bӝ ÿLӅu khiӇn SMC cho sai sӕ hiӋu dөng nhӓ nhҩt trong bӕn bӝ ÿLӅu khiӇn ӣ cҧ ÿӝ sâu và góc pitch Bӝ ÿLӅu khiӇn PID cho sai sӕ lӟn nhҩt
+) Ӣ JLDLÿRҥn có ngoҥi lӵc tác dөng (EXTERNAL), bӝ ÿLӅu khiӇn SMC thӇ hiӋn tính bӅn vӳng cӫa mình bҵng viӋc duy trì sai sӕ nhӓ nhҩt Bӝ ÿLӅu khiӇn PID và NLFC cho sai sӕ lӟn nhҩt lҫQOѭӧt ӣ ÿӝ sâu và góc pitch Bӝ ALFC vӟLFѫFKӃ thích nghi cӫDPuQKÿmlàm sai sӕ ÿӝ sâu và góc pitch hӝi tө vӅ 0 theo thӡi gian
30 Hình 3.6 So sánh sai sӕ hiӋu dөng các bӝ ÿLӅu khiӇQWURQJKDLJLDLÿRҥn cӫa
WUѭӡng hӧp 1 a) Toàn bӝ ÿiSӭng ngõ ra
F3KyQJWRJLDLÿRҥn có ngoҥi lӵc Hình 3.7 ĈiSӭng ngõ ra cӫa hӋ thӕng WUѭӡng hӧp 1
32 Hình 3.8 Các tham sӕ thích nghi cӫa ALFC WUѭӡng hӧp 1
Hình 3.9 Quӻ ÿҥRSKDNKLGQJ60&WUѭӡng hӧp 1
33 a) Toàn bӝ quá trình mô phӓng b) Phóng to biӇXÿӗ lӵFÿӝQJFѫTXDQKWKӡLÿLӇm 100 giây
Hình 3.10 BiӇXÿӗ thӡLJLDQFiFÿӝQJFѫÿӭng WUѭӡng hӧp 1
34 7Uѭӡng hӧp 2 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt tuǤ chӑn
KӃt quҧ mô phӓQJWUѭӡng hӧSÿѭӧFWUuQKEj\QKѭKuQKGѭӟi Tӯ ÿyWDU~WUD ÿѭӧc nhұn xét sau : Ӣ cҧ KDLJLDLÿRҥn, do các thông sӕ mô hình khác xa vӟi thông sӕ ³ÿ~QJ´Fӫa hӋ thӕng nên NLFC và NSMC cho sai sӕ lӟQKѫQVRYӟLWUѭӡng hӧp 1
Bӝ PID không phө thuӝc vào tham sӕ mô hình nên chҩWOѭӧQJÿLӅu khiӇQWѭѫQJWӵ QKѭWUѭӡng hӧp 1 Bӝ $/)&FyFѫFKӃ WKtFKQJKLQrQÿip ӭng tӕt vӟi sӵ WKD\ÿәi thông sӕ mô hình dù lӟn
Hình 3.11 So sánh sai sӕ hiӋu dөng các bӝ ÿLӅu khiӇQWURQJKDLJLDLÿRҥn cӫa
35 a) Toàn bӝ ÿiSӭng ngõ ra
F3KyQJWRJLDLÿRҥn có ngoҥi lӵc Hình 3.12 ĈiSӭng ngõ ra cӫa hӋ thӕQJWUѭӡng hӧp 2
Hình 3.13 Các tham sӕ thích nghi cӫD$/)&WUѭӡng hӧp 2
37 Hình 3.14 Quӻ ÿҥRSKDNKLGQJ60&WUѭӡng hӧp 2
Hình 3.15 BiӇXÿӗ thӡLJLDQFiFÿӝQJFѫÿӭQJWUѭӡng hӧp 2
Tӯ kӃt quҧ mô phӓQJQKѭWUrQWDFyEҧng sau :
Bҧng 3.2ѬXQKѭӧFÿLӇm cӫa các bӝ ÿLӅu khiӇn
KӋ WKӕQJ ÿLӅX NKLӇQ YӟL FiFWK{QJVӕWKD\ÿәLKRһF
Fy ÿLӅX NLӋQ ÿҫX NK{QJ FKҳFFKҳQ
&KӍ WKtFK KӧS NKL FiF thông VӕP{KuQKWKD\ÿәL FKұP
NLFC 9zQJ KӗL WLӃS WX\ӃQ WtQK
(vòng trong) giúp duy trì FKҩW OѭӧQJ FӫD Eӝ ÿLӅX NKLӇQ WX\ӃQ WtQK YzQJ ngoài)
1Kҥ\YӟLVӵWKD\ÿәLWK{QJ VӕP{KuQK
PID ĈѫQJLҧQNK{QJSKөWKXӝF
9u TXi ÿѫQ JLҧQ QrQ NKy FҧL WKLӋQ FKҩW OѭӧQJ ÿLӅX NKLӇQ
SMC 7tQK EӅQ YӳQJ NKL WK{QJ
Vӕ P{ KuQK VDL Vӕ WURQJ NKRҧQJFKRSKpS
7tQKEӅQYӳQJNK{QJÿѭӧFGX\ WUu NKL WK{QJ Vӕ P{KuQKWKD\ÿәLTXiOӟQ7tQKEӅQYӳQJFjQJOӟQWtQKLӋX ÿLӅXNKLӇQFjQJGDRÿӝQJ
Bӝ ÿLӅu khiӇQWUѭӧt (SMC)
LuұWÿLӅu khiӇQWUѭӧt :
7URQJÿy a n Ș d K SMC p Ș S MC sat ı SMC vӟi 0
HӋ sӕ K SMC WKѭӡQJÿѭӧc chӑn lӟQÿӇ có thӇ bù lҩp các sai sӕ mô hình Tuy nhiên khi chӍnh K SMC quá lӟn sӁ gây nên hiӋQWѭӧQJGDRÿӝQJ³FKDWWHULQJ´
Bӝ ÿLӅu khiӇn hӗi tiӃp tuyӃn tính hoá thích nghi (ALFC)
Hình 3.4 Cҩu trúc bӝ ÿLӅu khiӇn hӗi tiӃp tuyӃn tính hoá әQÿӏQKKRiSKѭѫQJ ÿӭng vӟi luұt thích nghi Ӣ phҫQWUѭӟFWDÿm[k\Gӵng bӝ ÿLӅu khiӇn NLFC Gѭӟi giҧ ÿӏnh rҵng tҩt cҧ các tham sӕ cӫD529ÿmELӃt Trong phҫn này, mӝt luұt thích nghi tham sӕ ÿѭӧc sӱ dөng
24 cùng vӟi luұWÿLӅu khiӇn ӣ phҫQWUѭӟFÿѭӧFÿѭDUDEҵng các chia ma trұn M và n thành hai phҫn : phҫn tham sӕ ÿmELӃt (kí hiӋu bӣL³N´và phҫn tham sӕ FKѭDELӃt ³XN´'RÿySKѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc có thӇ ÿѭӧc viӃt lҥLQKѭVDX
LuұWÿLӅu khiӇQNKLÿyVӁ là : uk uk k k uk uk k k k k est est b m b b b IJ 0 0 D Q Q
7URQJÿyệ là cỏc thành phҫn cҫQѭӟFOѭӧng
Thay (3.15) vào (3.14)WDÿѭӧFSKѭѫQJWUuQKVDLVӕ :
M k M uk Ȟ Q k n uk M k M ệ uk a b n k uk k uk uk uk uk uk k uk uk uk uk uk k uk est est est est k uk est est ệ ệ ệ ệ ệ ệ b b b b b b b n
7URQJÿyĬ est Ĭ est Ĭ est là vector sai sӕ giӳa tham sӕ ѭӟFOѭӧng và tham sӕ thӵc; ĭ est ĭ est D Ȟ Ș b , , là ma trұn hӗLTX\ÿѭӧc xây dӵng tӯ các giá trӏ ÿRFҧm biӃn
Sӱ dөng kӃt quҧ tӯ (2.3) là Ȟ - 1 Ș -Ȟ và a b J 1 a n JȞ , thay vào SKѭѫQJWUuQKWUrQWDÿѭӧc :
Nhân hai vӃ SKѭѫQJWUuQKWUrQFKRJ ÿӗng thӡLÿһt M * J MJ 1 :
M Ș Ș Ș - ĭ Ĭ (3.19) ViӃWSKѭѫQJWUuQKWUrQӣ dҥng mô hình không gian trҥng thái (state-space model): est est x Ax BJ ĭ Ĭ (3.20)
Xét hàm sӕ V V x , Ĭ est , t : est 1 est
V x Px Ĭ ī Ĭ (3.21) Ĉҥo hàm hàm trên theo thӡi gian :
Tӯ ÿk\WDU~WUDOXұt thích nghi tham sӕ :
1 est est est ệ Ĭ ī ĭ - \ (3.23) y est là tín hiӋu mӟLÿѭӧFÿӏQKQJKƭDEӣi : y Cx, C > c 0 I c 1 I @ (3.24) WURQJÿyc 0 !0,c 1 !0 OjFiFÿҥLOѭӧQJY{KѭӟQJĈһt :
Theo [1], nӃXFiFÿLӅu kiӋQVDXÿѭӧc thoҧ mãn :
(3.27) thỡ V 0d HӋ quҧ là sӵ hӝi tө ê º ô ằ ơ ẳ x Ș Ș vӅ ÿѭӧFÿҧm bҧo thep bә ÿӅ Barbalat
Cҫn nói thêm rҵng là sӵ hӝi tө vector sai sӕ ѭӟFOѭӧng Ĭ est sӁ bӏ chһn chӭ không nhҩt thiӃt phҧi hӝi tө vӅ 0
Ta áp dөng luұWÿLӅu khiӇn thích nghi trên cho bӝ ÿLӅu khiӇQSKѭѫQJÿӭng Giҧ ÿӏnh rҵng mӝt sӕ tham sӕ 529ÿmELӃt là : vӏ trí tâm khӕi x g , z g , trӑng lӵc và khӕi Oѭӧng W m , KLÿyWDYLӃt ra phҫQÿmELӃWYjFKѭDELӃt cӫa ma trұn M n , :
(3.28) Ĉһt M uk Z M b , a n uk Z M , ĭ est Z M , Ĭ est Z M , 7URQJÿyYector tham sӕ không chҳc chҳn
Ma trұn hӗi quy ӭng vӟi vector tham sӕ không chҳc chҳn :
KӃt quҧ mô phӓng
Bӕi cҧnh mô phӓng
Sӵ so sánh chҩWOѭӧQJÿLӅu khiӇn giӳa bӕn bӝ ÿLӅu khiӇn ALFC, NLFC, PID và SMC ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng MATLAB ® Simulink
Quá trình mô phӓQJÿѭӧc tiӃn hành vӟLJLk\ÿҫu tiên ӣ WUѭӡng hӧp không có ngoҥi lӵFWiFÿӝng Sӵ xuҩt hiӋn cӫa mӝt ngoҥi lӵc và mô-men tác dөng vào ROV bҳWÿҫu tҥi thӡLÿLӅm giây thӭ 100 và cӭ thӃ GX\WUuFKRÿӃn hӃt quá trình mô phӓng Ngoҥi lӵFÿѭӧc mô hình hoá dҥng mӝt vұt thӇ nһQJÿѭӧFÿһt lӋch khӕi tâm 300 mm dӑc trөc x Công thӭc tính ngoҥi lӵc là :
B obj obj g g obj obj g g obj obj g BW BW BW ext BW
7URQJ ÿy êơx obj g y obj g z obj g ºẳ T êơx g ROV 300 mm y g ROV z g ROV ºẳ ,
' là chênh lӋch giӳa lӵc nәi và trӑng lӵc cӫa vұt nһng
28 Hình 3.5 BiӇXÿӗ thӡi gian ngoҥi lӵc và mô-men tác dөng vào ROV tҥi thӡi ÿLӇm 100 giây Ӣ WUѭӡng hӧp không có ngoҥi lӵc tác dөng (Kí hiӋu IDEAL trên hình), tín hiӋu ÿһWÿӝQJFѫOjKjPVyQJYX{QJĈLӅXQj\OjPÿiSӭng cho ngõ vào hӋ thӕng (là ba ÿӝQJFѫÿӭng) thӵc sӵ ³JLjXWK{QJWLQ´ÿӇ ÿҧm bҧo sӵ thích nghi thích hӧp cӫa bӝ ALFC Trong khi mӝt dҥng sóng sine vӟLELrQÿӝ và tҫn sӕ phù hӧSÿѭӧc chӑn trong WUѭӡng hӧp có sӵ xuҩt hiӋn cӫa ngoҥi lӵc (Kí hiӋu EXTERNAL trên hình) ÿӇ ÿҧm bҧRFiFQJ}UDÿӝQJFѫNK{QJYѭӧt quá các giá trӏ chһQWUrQGѭӟi/ѭXêUҵng các kӃt quҧ này có thӇ ÿѭӧc mӣ rӝQJWURQJWUѭӡng hӧp hӋ thӕQJÿѭӧc trang bӏ FiFÿӝQJFѫ mҥnh mӁ KѫQ Thӡi gian mô phӓng là 600 giây ÿѭӧFÿһWÿӫ GjLÿӇ ÿҧm bҧo sai sӕ cӫa bӝ ALFC gҫn bҵng 0 khi kӃt thúc mô phӓng
Các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧc mô phӓQJWURQJKDLWUѭӡng hӧp :
7Uѭӡng hӧp 1 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt bҵng giá trӏ ³ÿ~QJ´
29 +) 7Uѭӡng hӧp 2 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt tuǤ chӑn
Bҧng 3.1 Giá trӏ thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQWURQJKDLWUѭӡng hӧp
Nhұn xét
7Uѭӡng hӧp 1 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt bҵng giá trӏ ³ÿ~QJ´
KӃt quҧ mô phӓQJWUѭӡng hӧSÿѭӧFWUuQKEj\QKѭKuQKGѭӟi Tӯ ÿyWDU~WUD ÿѭӧc nhӳng nhұn xét sau :
+) Ӣ JLDLÿRҥn không có ngoҥi lӵc (IDEAL), sai sӕ hiӋu dөng các bӝ ÿLӅu khiӇn chênh lӋFKQKDXNK{QJÿiQJNӇ Bӝ ÿLӅu khiӇn SMC cho sai sӕ hiӋu dөng nhӓ nhҩt trong bӕn bӝ ÿLӅu khiӇn ӣ cҧ ÿӝ sâu và góc pitch Bӝ ÿLӅu khiӇn PID cho sai sӕ lӟn nhҩt
+) Ӣ JLDLÿRҥn có ngoҥi lӵc tác dөng (EXTERNAL), bӝ ÿLӅu khiӇn SMC thӇ hiӋn tính bӅn vӳng cӫa mình bҵng viӋc duy trì sai sӕ nhӓ nhҩt Bӝ ÿLӅu khiӇn PID và NLFC cho sai sӕ lӟn nhҩt lҫQOѭӧt ӣ ÿӝ sâu và góc pitch Bӝ ALFC vӟLFѫFKӃ thích nghi cӫDPuQKÿmlàm sai sӕ ÿӝ sâu và góc pitch hӝi tө vӅ 0 theo thӡi gian
30 Hình 3.6 So sánh sai sӕ hiӋu dөng các bӝ ÿLӅu khiӇQWURQJKDLJLDLÿRҥn cӫa
WUѭӡng hӧp 1 a) Toàn bӝ ÿiSӭng ngõ ra
F3KyQJWRJLDLÿRҥn có ngoҥi lӵc Hình 3.7 ĈiSӭng ngõ ra cӫa hӋ thӕng WUѭӡng hӧp 1
32 Hình 3.8 Các tham sӕ thích nghi cӫa ALFC WUѭӡng hӧp 1
Hình 3.9 Quӻ ÿҥRSKDNKLGQJ60&WUѭӡng hӧp 1
33 a) Toàn bӝ quá trình mô phӓng b) Phóng to biӇXÿӗ lӵFÿӝQJFѫTXDQKWKӡLÿLӇm 100 giây
Hình 3.10 BiӇXÿӗ thӡLJLDQFiFÿӝQJFѫÿӭng WUѭӡng hӧp 1
34 7Uѭӡng hӧp 2 : Các thông sӕ mô hình trong các bӝ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿһt tuǤ chӑn
KӃt quҧ mô phӓQJWUѭӡng hӧSÿѭӧFWUuQKEj\QKѭKuQKGѭӟi Tӯ ÿyWDU~WUD ÿѭӧc nhұn xét sau : Ӣ cҧ KDLJLDLÿRҥn, do các thông sӕ mô hình khác xa vӟi thông sӕ ³ÿ~QJ´Fӫa hӋ thӕng nên NLFC và NSMC cho sai sӕ lӟQKѫQVRYӟLWUѭӡng hӧp 1
Bӝ PID không phө thuӝc vào tham sӕ mô hình nên chҩWOѭӧQJÿLӅu khiӇQWѭѫQJWӵ QKѭWUѭӡng hӧp 1 Bӝ $/)&FyFѫFKӃ WKtFKQJKLQrQÿip ӭng tӕt vӟi sӵ WKD\ÿәi thông sӕ mô hình dù lӟn
Hình 3.11 So sánh sai sӕ hiӋu dөng các bӝ ÿLӅu khiӇQWURQJKDLJLDLÿRҥn cӫa
35 a) Toàn bӝ ÿiSӭng ngõ ra
F3KyQJWRJLDLÿRҥn có ngoҥi lӵc Hình 3.12 ĈiSӭng ngõ ra cӫa hӋ thӕQJWUѭӡng hӧp 2
Hình 3.13 Các tham sӕ thích nghi cӫD$/)&WUѭӡng hӧp 2
37 Hình 3.14 Quӻ ÿҥRSKDNKLGQJ60&WUѭӡng hӧp 2
Hình 3.15 BiӇXÿӗ thӡLJLDQFiFÿӝQJFѫÿӭQJWUѭӡng hӧp 2
Tӯ kӃt quҧ mô phӓQJQKѭWUrQWDFyEҧng sau :
Bҧng 3.2ѬXQKѭӧFÿLӇm cӫa các bӝ ÿLӅu khiӇn
KӋ WKӕQJ ÿLӅX NKLӇQ YӟL FiFWK{QJVӕWKD\ÿәLKRһF
Fy ÿLӅX NLӋQ ÿҫX NK{QJ FKҳFFKҳQ
&KӍ WKtFK KӧS NKL FiF thông VӕP{KuQKWKD\ÿәL FKұP
NLFC 9zQJ KӗL WLӃS WX\ӃQ WtQK
(vòng trong) giúp duy trì FKҩW OѭӧQJ FӫD Eӝ ÿLӅX NKLӇQ WX\ӃQ WtQK YzQJ ngoài)
1Kҥ\YӟLVӵWKD\ÿәLWK{QJ VӕP{KuQK
PID ĈѫQJLҧQNK{QJSKөWKXӝF
9u TXi ÿѫQ JLҧQ QrQ NKy FҧL WKLӋQ FKҩW OѭӧQJ ÿLӅX NKLӇQ
SMC 7tQK EӅQ YӳQJ NKL WK{QJ
Vӕ P{ KuQK VDL Vӕ WURQJ NKRҧQJFKRSKpS
7tQKEӅQYӳQJNK{QJÿѭӧFGX\ WUu NKL WK{QJ Vӕ P{KuQKWKD\ÿәLTXiOӟQ7tQKEӅQYӳQJFjQJOӟQWtQKLӋX ÿLӅXNKLӇQFjQJGDRÿӝQJ
&KѭѫQJ ;ặ