hệ thống điều khiển hàng hải

gành giao thông vận tải biển, đóng tàu và khai thác biển của Việt Nam đang mở ra một thời kỳ mới, thời áp dụng công nghệ khoa học máy tính và công nghệ cao để vươn mình ra biển thăm dò và khai thác biển đóng góp vào công cuộc xây dựng đất nước. Nhằm đóng góp và khuyến khích phong trào nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển tự động, tôi xin trân trọng dịch và giới thiệu cuốn sách “Hệ thống điều khiển hàng hải Chỉ đạo, Dẫn dắt và Điều khiển Tàu biển, Dàn khoan và Các

Hệ thống điều khiển hàng hải Chỉ đạo, Dẫn dắt Điều khiển Tàu biển, Dàn khoan, Các thiết bị ngầm Marine Control Systems – Guidance, Navigation and Control of Ships, Rigs, and Underwater Vehicles Tác giả - Author Người dịch - Translator Nguyễn Đức Hùng Hệ thống điều khiển hàng hải Chỉ đạo, Dẫn dắt Điều khiển Tàu biển, Dàn khoan, Các thiết bị ngầm Marine Control Systems – Guidance, Navigation and Control of Ships, Rigs, and Underwater Vehicles Tác giả: Thor I Fossen Norwegian University of Science and Technology Trondheim, Norway Người dịch: Nguyễn Đức Hùng Australian Maritime College Launceston, Tasmania, Australia Bản quyền © 2007 Nguyễn Đức Hùng, Thor I Fossen Copyright © 2007 Hung D Nguyen and Thor I Fossen Kính tặng: Giáo sư Jens G Balchen người dẫn dắt tới giới điều khiển phản hồi kì diệu (Thor I Fossen) Mục lục Lời nói đầu Danh mục bảng Chương Giới thiệu 1.1 Từ phát minh la bàn quay tới điều khiển tàu dựa mô hình 1.1.1 La bàn quay đóng góp tới điều khiển tàu 1.1.2 Máy lái tự động 1.1.3 Hệ thống định vị động buộc tàu định vị 1.1.4 Hệ thống điều khiển truy theo điểm chuyển hướng 1.1.5 Hệ thống phóng vệ tinh biển (Sea Launch) 1.2 Biểu diễn mô hình tàu biển 1.2.1 Mô hình cổ điển ngành đóng tàu 1.2.2 Biểu diễn mô hình véc tơ theo Fossen (1991) 1.3 Nguyên lý đạo, dẫn dắt điều khiển 1.3.1 Các định nghĩa đạo, dẫn dắt điều khiển 1.3.2 Điều chỉnh điểm đặt điều khiển truy theo quỹ đạo 1.4 Cấu tạo sách Phần I Mô hình hóa tàu biển Chương Chuyển động học 2.1 Các hệ tọa độ 2.2 Biến đổi hệ tọa độ BODY (hệ tọa độ cố định tàu) NED (hệ tọa độ đông tây thẳng đứng) 2.2.1 Biến đổi góc Euler (Ơ-le) 2.2.2 Bộ bốn đơn vị 2.2.3 Biến đổi góc Euler sang bốn 2.2.4 Biến đổi bốn sang góc Euler 2.2.5 Thuật toán QUEST xác định vị trí động thái 2.2 Biến đổi hệ tọa độ ECEF (hệ tọa độ gốc tọa độ đặt trọng tâm trái đất) NED 2.3.1 Biến đổi kinh vĩ độ 2.3.2 Biến đổi tọa độ ECEF sang hệ tọa độ kinh vĩ độ 2.3.3 Biến đổi hệ tọa độ kinh độ vĩ độ sang tọa độ ECEF 2.4 Biến đổi ổn định trục dòng chảy 2.5 Bài tập Chương Động học tàu thủy 3.1 Động học chất rắn 3.1.1 Chuyển động ngang 3.1.2 Chuyển động quay (động học động thái) 3.1.3 Các phương trình chuyển động chất rắn 3.2 Các lực mô men thủy động học 3.2.1 Khối lượng quán tính gia tăng 3.2.2 Giảm lắc thủy động học 3.2.3 Mô men quán tính hồi phục 3.2.4 Hệ thống ba lát 3.3 Phương trình chuyển động bậc tự (6DOF) 3.3.1 Phương trình chuyển động phi tuyến 3.3.2 Phương trình chuyển động tuyến tính 3.4 Biến đổi mô hình dùng Matlab i 3.4.1 Ma trận biến đổi hệ thống 3.4.2 Tính toán ma trận quán tính hệ thống 3.4.3 Tính toán ma trận ly tâm Coriolis 3.4.4 Tính toán ma trận giảm lắc 3.4.5 Tính toán lực mô men hồi phục 3.5 Các mô hình tiêu chuẩn cho tàu thủy 3.5.1 Mô hình mặt phẳng ngang bậc tự 3.5.2 Những mô hình phân ly cho vận tốc chạy tới (forward speed) điều động (manoeuvring) 3.5.3 Những mô hình chiều dọc chiều ngang 3.6 Bài tập Chương Mô hình gió, sóng dòng chảy 4.1 Mô hình gió 4.1.1 Lực mô men gió 4.1.2 Lực cản gió tàu chở hàng (Isherwood 1972) 4.1.3 Lực cản gió tàu chở dàu lớn (VLCC) (OCIMF 1977) 4.1.4 Lực cản gió tàu dàu lớn tàu cỡ trung bình 4.1.5 Lực cản gió tàu neo buộc công trình 4.2 Mô hình sóng gió tạo 4.2.1 Mô hình tuyến tính quang phổ sóng 4.2.2 Mô hình đáp ứng sóng tuyến tính 4.2.3 Tần số sóng tới 4.2.4 Lực mô men sóng 4.3 Mô hình dòng chảy (hải lưu) 4.3.1 Mô hình dòng chảy không quay 3D 4.3.2 Mô hình dòng chảy không quay 2D (mô hình mặt phẳng ngang) 4.4 Bài tập Phần II Cơ sở lý thuyết đạo, dẫn dắt điều khiển Chương Các hệ thống đạo hàng hải 5.1 Các mô hình tham khảo 5.1.1 Mô hình tham khảo vận tốc 5.1.2 Những mô hình tham khảo vị trí động thái 5.1.3 Các yếu tố bão hòa 5.3.4 Giảm lắc phi tuyến tính 5.2 Hệ thống đạo điểm chuyển hướng 5.2.1 Điều khiển truy theo điều khiển điều động 5.2.2 Biểu diễn điểm chuyển hướng 5.2.3 Phát quỹ đạo dùng mô 5.2.4 Phát đường quỹ đạo dùng nội suy 5.2.5 Lộ trình thời tiết 5.3 Chỉ đạo đường ngắm (LOS = Light-of-Sight Guidance) 5.3.1 Hệ thống đạo LOS chiều cho tàu mặt nước 5.3.2 Hệ thống đạo LOS chiều cho thiết bị ngầm 5.4 Bài tập Chương Các hệ thống hàng hải dựa thiết bị ước lượng 6.1 Bộ quan sát cho máy lái tự động 6.1.1 La bàn từ la bàn quay 6.1.2 Lọc truyền thấp (low-pass) lọc notch chuyển động tần số sóng 6.1.3 Bộ quan sát khuếch đại cố định dùng số đo la bàn ii 6.1.4 Bộ lọc sóng dựa lọc Kalman dùng số đo la bàn 6.1.5 Thiết kế quan sát lọc sóng dùng số đo hướng tốc độ quay trở 6.2 Bộ quan sát cho hệ thống định vị động 6.2.1 Hệ thống dẫn dắt 6.2.2 Hệ thống đo lường quán tính 6.2.3 Bộ lọc Kalman cho vận tốc chuyển động tần số sóng 6.2.4 Bộ quan sát phi tuyến thụ động cho tốc độ chuyển động tần số sóng 6.3 Bộ lọc tích phân bậc tự cho IMU hệ thống dẫn dắt vệ tinh 6.3.1 Bộ lọc tích phân cho vị trí tốc độ tuyến tính 6.3.2 Bộ quan sát động thái 6.4 Bài tập Chương Các phương pháp điều khiển tàu biển 7.1 Điều khiển PID phản hồi gia tốc 7.1.1 Hệ thống khối lượng-giảm xóc-lò xo tuyến tính 7.1.2 Phản hồi gia tốc 7.1.3 Phản hồi gia tốc điều khiển PID 7.1.4 Phản hồi gia tốc MIMO điều khiển PID phi tuyến 7.1.5 Kỹ thuật định hình quán tính dùng phản hồi gia tốc 7.2 Điều khiển tối ưu bình phương tuyến tính 7.2.1 Bộ điều hòa bình phương tuyến tính 7.2.2 Mở rộng tới truy theo quỹ đạo hành động vi phân 7.2.3 Nghiệm tổng toán truy theo quỹ đạo bình phương tuyến tính (LQ) 7.3 Tuyến tính hóa phản hồi trạng thái 7.3.1 Phân ly hệ tọa độ b (tốc độ) 7.3.2 Phan ly hệ tọa độ n (vị trí động thái) 7.3.3 Tuyến tính hóa phản hồi thích nghi 7.4 Cuốn chiếu tích phân 7.4.1 Sơ lược lịch sử lý thuyết chiếu 7.4.2 Ý tưởng chiếu tích phân 7.4.3 Cuốn chiếu hệ thống khối lượng-giảm xóc-lò xo SISO 7.4.4 Hành động tích phân dùng thích nghi hóa tham số không đổi 7.4.5 Kỹ thuật tăng cường tích phân 7.4.6 Cuốn chiếu hệ thống khối lượng-giảm xóc-lò xo MIMO 7.4.7 Cuốn chiếu MIMO tàu biển 7.4.8 Thiết kế chiếu MIMO phản hồi gia tốc 7.5 Chỉ định điều khiển (Control Allocation) 7.5.1 Các mô hình phát động 7.5.2 Chỉ định điều khiển không ràng buộc (bộ phát động không quay được) 7.5.3 Chỉ định điều khiển ràng buộc (bộ phát động không quay được) 7.5.4 Chỉ định điều khiển ràng buộc (lực đẩy phương vị) 7.6 Bài tập Phần Ứng dụng điều khiển tàu biển dàn khoan Chương Máy lái tự động 8.1 Mô hình máy lái tự động 8.1.1 Động học tàu thủy chất rắn 8.1.2 Phương trình lái tàu tuyến tính 8.1.3 Mô hình máy lái tự động không thứ nguyên 8.1.4 Mô hình phi tuyến tính để thiết kế máy lái tự động 8.2 Phân tích ổn định vòng mở tàu biển iii 8.2.1 Xem xét tính ổn định lái tàu định vị 8.2.2 Tiêu chuẩn ổn định đoạn thẳng 8.2.3 Tiêu chuẩn ổn định hướng 8.3 Tính điều động 8.3.1 Vòng quay trở 8.3.2 Điều động zig-zag Kempf 8.3.3 Điều động pull-out 8.3.4 Điều động xoắn ốc Dieudonné 8.3.5 Điều động xoắn ốc lùi Bech 8.4 Máy lái giữ hướng điều khiển quay trở 8.4.1 Mô hình tham khảo máy lái tự động 8.4.2 Điều khiển PID cổ điển 8.4.3 Điều khiển PID dùng phản hồi gia tốc 8.4.4 Điều khiển PID dùng truyền thẳng gió 8.4.5 Điều khiển tối ưu bình phương tuyến tính 8.4.6 Tuyến tính hóa phản hồi trạng thái 8.4.7 Tuyến tính hóa phản hồi thích nghi tính tối ưu 8.4.8 Cuốn chiếu phi tuyến tính 8.4.9 Điều khiển chế trượt SISO 8.4.10 Phản hồi tín hiệu 8.5 Bài tập Chương Máy lái tự động giảm lắc ngang 9.1 Mô hình máy lái tự động lái tàu giảm lắc ngang 9.1.1 Mô hình tuyến tính Van Amerongen Van Cappelle (1981) 9.1.2 Mô hình phi tuyến tính Son Nomoto (1981) 9.1.3 Mô hình phi tuyến tính Christensen Blanke (1986) 9.2 Hệ thống điều khiển giảm lắc ngang bánh lái (RRD) 9.2.1 Hệ thống điều khiển RRD tối ưu bình phương tuyến tính 9.2.2 Tiêu chuẩn đặc tính cho RRD 9.3 Hệ thống điều khiển ổn định thăng (fin) RRD 9.3.1 Máy lái tự động tối ưu lượng bình phưong tuyến tính có giảm lắc ngang 9.4 Khả hoạt động tiêu chuẩn tỷ lệ say sóng 9.4.1 Tiêu chuẩn giới hạn khả hoạt động người lắc ngang 9.4.2 Tỷ lệ say sóng (MSI = motion sickness incidence) 9.5 Bài tập Chương 10 Điều khiển truy theo quỹ đạo điều động 10.1 Điều khiển truy theo quỹ đạo 10.1.1 Hệ thống truy theo cắt ngang PID cổ điển 10.1.2 Hệ thống truy theo cắt ngang đường ngắm 10.1.3 Hệ thống truy theo cắt ngang tối ưu bình phương tuyến tính 10.1.4 Điều khiền truy theo quỹ đạo phát động 10.2 Điều khiển điều động 10.2.1 Điều động tín hiệu bền vững 10.2.2 Điều động tín hiệu thích nghi 10.2.3 Điều khiển điều động tàu phát động 10.3 Bài tập Chương 11 Hệ thống định vị 11.1 Mô hình giữ vị trí tĩnh 11.1.1 Chuyển động học động học tàu thủy iv 11.1.2 Mô hình định vị động (DP) lực đẩy buộc vị trí (PM) 11.1.3 Nhiễu loạn môi trường 11.2 Hệ thống định vị động 11.2.1 Chỉ định lực đẩy hệ thống định vị động 11.2.2 Điều khiển tối ưu bình phương tuyến tính 11.2.3 Điều khiển PID phi tuyến tính 11.2.4 Nguyên lý tách ly phi tuyến tính để thiết kế điều khiển PD quan sát 11.2.5 Cuốn chiếu quan sát phi tuyến tính 11.2.6 Điều khiển tối ưu nghịch đảo phi tuyến 11.2.7 Làm ổn định phát động 11.3 Hệ thống buộc vị trí (Position Mooring Systems) 11.4 Điều khiển định vị tối ưu thời tiết (WOPC) 11.4.1 Phương trình chuyển động ba bậc tự dùng tọa độ cực 11.4.2 Mục tiêu điều khiển tối ưu thời tiết 11.4.3 Thiết kế điều khiển phi tuyến tính thích nghi 11.4.4 Thí nghiệm mô 11.5 Bài tập Phần IV Ứng dụng điều khiển thiết bị ngầm Chương 12 Thiết kế hệ thống điều khiển chân vịt 12.1 Mô hình tốc độ trục chân vị mô tơ 12.1.1 Mô hình tốc độ trục chân vịt 12.1.2 Biểu diễn thống điều khiển mô tơ chiều 12.1.3 Tổn thất chân vịt 12.2 Lực đẩy chân vịt mô hình hóa mô men quay 12.2.1 Lực đẩy mô men quay gần ổn định tĩnh (quasi-steady) 12.3 Bộ quan sát phi tuyến tính xác định vận tốc trục chân vịt 12.3.1 Tốc độ động học dòng chảy trục chân vịt thiết bị ngầm 12.3.2 Phương trình quan sát 12.3.3 Phân tích Lyapunov 12.4 Thiết kế điều khiển phản hồi tín hiệu phi tuyến tính 12.4.1 Mô hình phi tuyến tính để điều khiển tốc độ trục chân vịt 12.4.2 Phân tích Lyapunov 12.4.3 Mở rộng điều khiển tích phân Chương 13 Thiết kế máy lái tự động phân ly 13.1 Máy lái tự động hướng 13.1.1 Điều khiển PID, điều khiển tối ưu điều khiển H ∞ 13.1.2 Điều khiển phi tuyến tính 13.1.3 Điều khiển mốt trượt dùng phép phân tích giá trị Eigen 13.2 Máy lái tự động độ sâu 13.2.1 Điều khiển tối ưu 13.2.2 Điều khiển chế trược dùng phép phân tách giá trị Eigen 13.3 Hệ thống điều khiển tốc độ 13.3 Bài tập Chương 14 Điều khiển vị trí động thái bậc tự 14.1 Điều khiển PID phi tuyến tính 14.1.1 Điều chỉnh điểm đặt 14.1.2 Điều khiển truy theo quỹ đạo 14.2 Tuyến tính hóa phản hồi trạng thái v 14.2.1 Điều khiển truy theo quỹ đạo 14.2.2 Tuyến tính hóa phản hồi thích nghi 14.3 Bài tập Phần V Phụ lục Phụ lục A Lý thuyết ổn định phi tuyến A.1 Ổn định Lyapunov cho hệ thống tự hành A.1.1 Ổn định hội tụ A.1.2 Phương pháp trực tiếp Lyapunov A.1.3 Định lý Krasovskii – LaSalle A.1.4 Ổn định hàm số mũ toàn cục A.2 Ổn định Lyapunov hệ thống không tự hành A.2.1 Bổ đề Barbalat A.2.2 Định lý LaSalle – Yoshizawa A.2.3 Định lý Matrosov A.2.4 UGAS chiếu hành động tích phân Phụ lục B Các phương pháp số B.1 Rời rạc (xung số) hóa hệ thống thời gian liên tục B.1.1 Mô hình không gian trạng thái tuyến tính B.1.2 Mô hình không gian trạng thái phi tuyến tính B.2 Phương pháp tích phân số B.2.1 Phương pháp Euler (Ơ-le ) B.2.2 Phương pháp Adams-Bashforth bậc B.2.3 Phương pháp Runge – Kutta bậc hai (phương pháp Heun) B.2.4 Phương pháp Runge – Kutta bậc B.3 Vi phân số Phụ lục C Hộp công cụ Matlab GNC (Matlab GNC Toolbox) C.1 Thư viện M-file C.2 Thư viện Simulink Phụ lục D Tài liệu tham khảo Mục lục tìm kiếm theo vần vi Lời nhà xuất (VN) Lời giới thiệu (của người dịch) Ngành giao thông vận tải biển, đóng tàu khai thác biển Việt Nam mở thời kỳ mới, thời áp dụng công nghệ khoa học máy tính công nghệ cao để vươn biển thăm dò khai thác biển đóng góp vào công xây dựng đất nước Nhằm đóng góp khuyến khích phong trào nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển tự động, xin trân trọng dịch giới thiệu sách “Hệ thống điều khiển hàng hải - Chỉ đạo, Dẫn dắt Điều khiển Tàu biển, Dàn khoan Các thiết bị ngầm” (Marine Control Systems – Guidance, Navigation and Control of Ships, Rigs and Underwater Vehicles) tác giả Thor I Fossen, Khoa Công nghệ Điều khiển Tự động, Đại học Khoa học Kỹ thuật Na Uy (NUST, Norwegian University of Science and Technology), Trondheim, Na Uy Cùng với phát triển song song với ngành khoa học máy vi tính phầm mềm, kỹ thuật hệ thống định vị toàn cầu (GPS, GNSS) hệ thống định vị toàn cầu vi phân (D-GPS, RTK-GPS), hệ thống hàng hải quán tính (inertial navigation systems), tàu biển, dàn khoan thiết bị ngầm phục vụ ngành vận tải biển, khai thác dầu khí thăm dò nghiên cứu biển ngày trang bị nhiều hệ thống điều khiển đại mức độ tự động hóa ngày cao Cuốn sách tác giả viết sở hệ thống lại nghiên cứu tác giả cộng 10 năm tham gia nghiên cứu giảng dạy NUST Những kết nghiên cứu sách phát triển sở lý thuyết thực hành thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống điều khiển tàu, dàn khoan thiết bị biển khác Khoa Công nghệ Điều khiển Tự động từ tác giả xuất sách đầu tay “Chỉ đạo điều khiển thiết bị biển” (Guidance and Control of Ocean Vehicles) năm 1994 Cuốn sách đề cập đến lý thuyết điều khiển đại ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển cho tàu biển, dàn khoan, thiết bị ngầm nước Cuốn sách đề cập đến nhiều chủ đề từ việc mô hình hóa hệ thống động lực học lái tàu thiết bị biển mà đề cập đến nhiều phương pháp ứng dụng lý thuyết điều khiển khác điều khiển thích nghi (adaptive control), điều khiển chế trượt (sliding mode control), điều khiển PID đại.v.v… Cuốn sách có liệt kê nguồn tài liệu tham khảo phong phú giúp độc giả tìm kiếm thêm thông tin Cuốn sách thích hợp cho sinh viên đại học năm cuối học môn điều khiển tự động, cho kỹ sư điều khiển nhà lập trình ứng dụng việc thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị biển Cuốn sách dùng làm sách tham khảo cho sinh viên cao học nghiên cứu sinh học chuyên sâu ngành điều khiển tự động ứng dụng thiết kế hệ thống điếu khiển tự động Các thuật toán, ví dụ minh họa cho thuật toán số mô hình thiết bị biển sách lập trình tính toán MATLAB/Simulink®, sản phầm phần mềm lập trình Hãng Mathworks Inc Để độc giả tham khảo lập trình mô phân tích hệ thống điều khiển tự động tác giả có cung cấp số chương trình mẫu chạy MATLAB/Simulink, Hộp công cụ Matlab GNC, mà độc giả tải xuống từ trang web tác giả (xem phần Phụ lục C) Ðộc giả nên sử dụng sách với MATLAB/Simulink đạt hiệu cao thực hành ứng dụng sáng tạo trình thiết kế hệ thống điều khiển tự động Để đạt kết tốt nghiên cứu ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển, độc giả nên tham khảo, trang bị sử dụng số thiết bị thí nghiệm cần thiết giới thiệu phần Phụ lục D Cuốn sách sách thứ hai mà tác giả Fossen viết hệ thống điều khiển tự động cho thiết bị biển Trong thời gian lưu học Đại học Hàng hải Tokyo (nay Đại học Hải dương Tokyo), có dịp may mắn gặp tác giả hội nghị quốc tế Hiệp hội Điều khiển Tự động Quốc tế (IFAC – International Federation of Automatic Control) Fukuoka sau có nhiều trao đổi thú vị tác giả Cũng thời gian làm nghiên cứu sinh Đại học Hàng hải Tokyo, tham khảo nhiều phần sách đầu tay tác giả (Chỉ đạo điều khiển thiết bị biển), mà phần lớn cập nhật sách thứ hai này, làm thí nghiệm thành công việc thiết kế hệ thống điều khiển tàu huấn luyện trường Và thời gian ý tưởng dịch sách đầu tay tác giả sang tiếng Việt nung nấu tôi, lúc chưa thực nhiều lý do, có lý quyền, phải chờ cho đến sau thứ hai xuất thực ý tưởng Khi dịch sách này, có hi vọng góp phần vào công thúc đẩy việc nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển tự động biển Việt Nam Nếu sách dịch nhiều độc giả Việt Nam đón nhận, niềm vui khích lệ lớn người dịch Cuốn sách dịch hoàn thành thời gian hạn hẹp chắn tránh thiếu sót, mong bạn đọc gần xa đóng góp ý kiến xây dựng lần tái sau tốt hoàn thiện Lời cảm tạ: Cuối người dịch xin trân trọng cám ơn… Australia ngày dd tháng mm năm 2007 Người dịch: TS Nguyễn Ðức Hùng Department of Martime Engineering Faculty of Maritime Transport and Engineering Australian Maritime College, PO BOX 986 TAS 7250 Australia Email: H.Nguyen@mte.amc.edu.au Lời nói đầu Động viết sách hệ thống lại kết điều khiển phi tuyến tàu thủy từ xuất sách :“Chỉ đạo điều khiển thiết bị biển” (Guidance and Control of Ocean Vehicles, Nhà XB John & Sons Ltd 1994) Hầu hết kết phát triển Khoa Công nghệ Điều khiển Tự động Đại học Khoa học Kỹ thuật Na-Uy (NTNU) có hợp tác chặt chẽ với sinh viên tiến sỹ tôi: Ola-Erik Fjellstad, Trygve Lauvdal, Jann Peter Strand, Jan Fredrik Hansen, Bjonar Vik, Svein Peder Berge, Mehrdad P Fard, Karl Petter Lindegaard, Ole Morten Aamo, Roger Skjetne suốt thời gian 1991-2002 Chúng nhóm làm việc tốt, viết trăm báo đăng tạp chí hội nghị quốc tế giai đoạn Những báo mang lại kết số sáng chế hiệp định công nghiệp Đặc biệt, muốn bày tỏ lòng cảm tạ tới ông Roger Skjetne tiến sỹ Jann Peter Strand gợi ý, nghiên cứu trường hợp (case studies) đóng góp nhận xét thảo Họ có công mang lại hầu hết tác công việc/tác phẩm trình bày sách Tôi xin cám ơn công ty United European Car Carriers (UECC) SeaLaunch LLC đóng góp nhiều kết thí nghiệm tàu (full scale) nghiên cứu trường hợp cho sách, tiến sỹ Svein Peder Berge ông Lars Ove Soether công ty Marintek AS đóng góp kết thí nghiệm kiểm tra tàu mô hình Bể thí nghiệm hải dương (Ocean Basin) Tôi xin chân thành cám ơn GS Svein I Sagatun Norsk Hydro ủng hộ dự án nghiên cứu hệ thống hàng hải quán tính khai thác tàu biển Tiến sỹ Bjonar Vik đóng góp nhiều công trình vô giá làm nghiên cứu sinh cộng tác thời gian 1998-2002 Sự thành thạo chuyên môn ông việc làm nguyên mẫu nhanh chóng hệ thống điều khiển tàu, lý thuyết điều khiển hệ thống hàng hải mang lại nhiều giá trị Sự thành thạo điều then chốt việc phát triển Phòng thí nghiệm GNC (Guidance, Navigation and Control Laboratory), Phòng thí nghiệm MC (Marine Cybernetics Laboratory), Phòng thí nghiệm GPS/INS NTNU Tôi muốn bày tỏ lòng cám ơn tới gia đình tôi, vợ (Heidi), (Sindre Lone) ủng hộ dự án viết sách Nếu ủng hộ gia đình tôi, có lẽ hoàn thành sách dày 586 trang với nhiều phương trình vòng chưa đầy hai năm Tôi xin chân thành cám ơn GS Asgeir J Sorensen GS Tor Arne Jahansen hai giáo sư dành thời gian đọc kỹ góp ý cho thảo Tôi xin cám ơn GS Olav Egeland ông thảo luận nhiều ý kiến có giá trị việc mô hình hóa điều khiển Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ông Andrew Ross Đại học Glasgow ông trợ giúp cho việc sửa lỗi tiếng Anh Cuốn sách trợ giúp nhiều sinh viên tham dự khóa học Chỉ đạo, Dẫn dắt Điều khiển (Guidance, Navigation and Control) NTNU năm 2002 Họ giúp giảm tối thiểu lỗi tả tới mức độ chấp nhận Cuối muốn bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới GS Miroslav Krstic mời tới nghỉ phép Đại học California, San Diego (UCSD) năm 2001 có dịp tốt rời văn phòng làm việc Na Uy để góp phần vào việc hoàn thành sách thời gian hợp lý GS-TS Thor I Fossen Tháng 11 năm 2002 Danh mục bảng 2.1 Ký hiệu Hội nhà đóng tàu kỹ sư hàng hải Mỹ (SNAME) (1950) dùng tàu biển 2.2 Các tham số WGS-84 4.1 Các tham số lực gió chuyển động thẳng, ngang quay trở (Isherwood 1972) 4.2 Định nghĩa mã số trạng thái biển (Sea State Codes) (Price Bishop, 1974) Cần ý xác suất phần trăm cho mã số trạng thái biển 0, tóm tắt 4.3 Định nghĩa số Beaufort (Price Bishop, 1974) 6.1 Bộ lọc Kalman thời gian liên tục 6.2 Bộ lọc Kalman thời gian rời rạc 6.3 Những đặc tính cho loại la bàn khác 6.4 Những đặc tính cho loại máy đo gia tốc khác 6.5 Bộ lọc Kalman mở rộng thời gian rời rạc 6.6 Lựa chọn thay quy luật cập nhật thông tin động thái Phép lựa chọn thứ GAS hai phép lựa chọn khác ổn định tiệm cận cục cân bất ổn định 7.1 Định nghĩa phát động (actuators) biến điều khiển (control variables) 8.1 Các tham số cho tàu hàng tàu dầu chở đầy hàng 8.2 Các biến tiêu chuẩn dùng hệ Prime (Prime-system) hệ Bis (Bis-system) 8.3 Các biến tiêu chuẩn sáu bậc tự (6 DOF normalization variables) 8.4 Mảng Routh 9.1 Các giá trị Eigen, tỷ số giảm lắc (damping ratios), tần số cho hệ thống điều khiển giảm lắc ngang chân vịt (RRD control systems) 9.2 Tiêu chuẩn hiệu lực thuyền viên 10.1 Điều động bền vững (robust maneuvering): bước i = 3, …, n 10.2 Điều động thích nghi (adaptive maneuvering): bước 10.3 Điều động thích nghi: bước i = 3, …, n 12.1 Mô hình điều khiển động chiều A.1 Phân loại định lý ổn định hội tụ