thiết kế tàu tự hành USV

Lời cảm ơn GVHD: Lê Thanh Long LỜI CẢM ƠN Thực tế cho thấy, thành công gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ người xung quanh giúp đỡ hay nhiều, trực tiếp hay gián Trong suốt thời gian từ bắt đầu làm đề cương luận văn đến nay, em nhận quan tâm, bảo, giúp đỡ thầy cơ, gia đình bạn bè xung quanh Với lòng biết ơn vô sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành từ đáy lòng đến q thầy trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh dùng tri thức tâm huyết để truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu suốt thời gian học tập trường Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Thanh Long tận tâm bảo hướng dẫn em qua buổi nói chuyện, thảo luận đề tài nghiên cứu Nhờ có lời hướng dẫn, dạy bảo đó, đề cương luận văn em hoàn thành cách tốt Một lần nữa, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Ban đầu em bỡ ngỡ vốn kiến thức em hạn chế Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy bạn để luận hồn thiện TP.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2019 Sinh viên Trang Thế Tồn SVTH: Trang Thế Tồn i Tóm tắt luận văn GVHD: Lê Thanh Long TÓM TẮT LUẬN VĂN Các phương tiện tự hành nước đầu tư nghiên cứu phát triển mạnh nhiều quốc gia lớn giới Dựa nhu cầu thiết yếu môi trường số vấn đề phát sinh khác cho lĩnh vực nghiên cứu quan trắc hàng hải khác, việc nước ta nên đầu tư nghiên cứu phát triển hướng đề tài cần thiết Trên sở hướng thiết kế chế tạo dựa theo nhu cầu khách hàng, ta lập bảng nhà chất lượng để đánh giá tiêu chí theo yêu cầu khách hàng theo đánh giá đưa yêu cầu thiết kế kỹ thuật Từ đề tài thiết kế theo hướng nhằm đáp ứng triệt để thỏa mãn nhu cầu khách hàng cách hiệu Dựa lý thuyết thuyết bền, sức sức cản kiến thức sở thiết kế máy thiết kế tàu thủy Đề tài thiết kế mô kết chi tiết bao gồm phận học động lực học tối ưu cho việc vận hành tàu với mức độ an toàn cao hoàn thiện tốt Bên cạnh việc phát triển xây dựng phương trình động lực học cho tàu bước đệm cho hình thành sở mạch điện lập trình giải thuật điều khiển để vận hành tàu, qua ta đáp ứng cách tối đa từ đề tài tích hợp nhiều ứng dụng quan trắc mơi trường, … Vì vậy, qua ứng dụng tùy thuộc theo mục đích nhu cầu mà tàu có nhiều phiên cải tiến nhằm đáp ứng hết tất yêu cầu từ mục đích mơi trường mục đích quốc phòng SVTH: Trang Thế Tồn ii Mục lục GVHD: Lê Thanh Long MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG ix CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Giới thiệu USV 1.1.2 Ứng dụng USV vào nước ta 1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ phạm vi luận văn 1.2.1 Mục tiêu 1.2.2 Nhiệm vụ 1.3 Thuận lợi thách thức 1.3.1 Thuận lợi 1.3.2 Thách thức CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Phân tích mơ hình USV 2.1.1 Đánh giá lựa chọn phương án thiết kế theo yêu cầu 2.1.2 Phương án 2.1.3 Phương án 10 2.2 Cấu trúc sơ đồ USV điển hình 12 2.2.1 Kết cấu chung 12 2.2.2 Động điều khiển 13 2.2.3 Nguyên lý hoạt động USV 14 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN THÂN CHO USV 16 3.1 Cơ sở lý thuyết 16 3.1.1 Tính sơ vẽ phác thảo phần thân 16 SVTH: Trang Thế Tồn iii Mục lục GVHD: Lê Thanh Long 3.1.2 Tính toán phần thân lý thuyết tàu thủy 17 3.1.3 Mô kiểm tra phần thân thuyền 20 3.2 Chế tạo thân thuyền 35 3.2.1 Vật liệu chế tạo thuyền điền hình 35 3.2.2 Vật liệu chế tạo thân thuyền 38 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN KHUNG NỐI THÂN VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC 48 4.1 Thiết kế khung nối thân 48 4.1.1 Cơ sở thiết kế 48 4.1.2 Thiết kế chi tiết 49 4.2 Thiết kế ống đạo lưu 57 4.2.1 Cơ sở thiết kế 57 4.2.2 Thiết kế chi tiết 59 4.3 Các chi tiết khác 64 CHƯƠNG V: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CHO MƠ HÌNH 71 5.1 Giới thiệu chung 71 5.1.1 Định nghĩa hệ quy chiếu ký hiệu tham số động học tàu thủy: 72 5.1.2 Định nghĩa ma trận xoay, chuyển đổi BODY NED: 78 5.2 Xây dựng phương trình tốn 79 5.2.1 Phương trình động học 79 5.2.2 Phương trình động lực học 85 5.3 Mơ hình tốn rút gọn với bậc tự 103 CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 106 6.1 Đánh giá kết 106 6.1.1 Hoàn thành 106 6.1.2 Hạn chế 106 6.2 Hướng phát triển đề tài 107 SVTH: Trang Thế Toàn iv Mục lục 6.3 GVHD: Lê Thanh Long Kết luận 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 SVTH: Trang Thế Toàn v Danh mục hình GVHD: Lê Thanh Long DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Một số loại phương tiện vận hành nước Hình 1.2: Tình hình quan trắc Việt Nam Hình 1.3: USV ESM30 WAM-V Hình 2.1: Các loại tàu - - thân phổ biến Hình 2.2: USV phục vụ nhu cầu quân đội hàng hải Hình 2.3: USV phục vụ khảo sát ô nhiễm môi trường Hình 2.4: USV thân di chuyển đến khu vực thực nghiệm 10 Hình 2.5: Kết cấu điều khiển USV điển hình 12 Hình 2.6: Một số loại động đẩy thông dụng USV 13 Hình 2.7: Loại Pin thường dùng cho USV 14 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động USV 14 Hình 2.9: Sơ đồ động tàu thân 15 Hình 3.1: Sơ đồ tuyến hình tính toán sơ 17 Hình 3.2: Bố trí thiết bị trọng tâm tàu 20 Hình 3.3: Biểu đồ tương quan lực chiều chìm 21 Hình 3.4: Kết tính lực 21 Hình 3.5: Kết tính cân dọc 22 Hình 3.6: Đồ thị GZ đặc trưng cho ổn định ngang 23 Hình 3.7: Tương quan cơng suất vận tốc tàu 24 Hình 3.8: Hình phác thảo 3D cho thân tàu 25 Hình 3.9: Cấu trúc lớp composite điển hình 36 SVTH: Trang Thế Tồn vi Danh mục hình GVHD: Lê Thanh Long Hình 3.10: Một số loại gỗ nhân tạo 36 Hình 3.11: Các loại composite khác 37 Hình 3.12: Sản phẩm cấu trúc tế vi composite FRP 40 Hình 3.13: Ứng dụng composite FRP vào tàu đánh cá 43 Hình 3.14: Loại keo gia cường thường dùng trét lớp cho composite FRP 44 Hình 3.15: Sợi thủy tinh gia cường phổ biến 45 Hình 3.16: Thành phẩm sau công đoạn gia công 47 Hình 4.1: Tổng tải trọng thiết bị đặt lên USV 50 Hình 4.2: Sơ đồ bố trí thiết bị khung nối thân 50 Hình 4.3: Vật liệu nhôm sử dụng phổ biến 51 Hình 4.4: Phác thảo 3D khung nối thân 52 Hình 4.5: Chia lưới mơ cho chi tiết 55 Hình 4.6: Ứng suất sinh vị trí khung 55 Hình 4.7: Chuyển vị vị trí khung 56 Hình 4.8: Tương quan thơng số hình học vận tốc lưu chất ống đạo lưu 58 Hình 4.9: Phác thảo 2D mặt cắt ngang dự kiến ống đạo lưu 61 Hình 4.10: Phác thảo 3D hình chiếu ống 62 Hình 4.11: Nhựa PLA số sản phẩm in 3D 64 Hình 4.12: Các thơng số động Endura C2 66 Hình 4.13: Phác thảo 3D chi tiết 67 Hình 4.14: Phác thảo 3D chi tiết 68 Hình 4.15: Phác thảo 3D chi tiết cùm spindle 69 SVTH: Trang Thế Tồn vii Danh mục hình GVHD: Lê Thanh Long Hình 4.16: Cụm chi tiết sau gá đặt 69 Hình 4.17: Nhựa Silicone chống thấm đàn hồi 70 Hình 5.1: Các vận tốc bậc tự : u, v, w, p, q, r môt hệ quy chiếu gắn vơi tàu 71 Hình 5.2: Đinh nghĩa hệ quy chiêu {i} = (xi, yi, zi), {e} = (xe, ye, ze), {n} = (xn, yn, zn), 73 Hình 5.3: Quy ước trục cua hệ tọa đô BODY gắn cố định với tàu thủy 74 Hình 5.4: Cân khuynh tâm ngang Khi mg=ρg∇, hình tương rút để minh họa cho ổn định khuynh tâm dọc cách thay MT với ϕ ML với θ 93 SVTH: Trang Thế Toàn viii Danh mục bảng GVHD: Lê Thanh Long DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Ngôi nhà chất lượng cho phương án Bảng 2.2: Ngôi nhà chất lượng cho phương án 11 Bảng 3.1: So sánh ưu - nhược điểm loại vật liệu 41 Bảng 4.1: Thơng số vật liệu nhơm vị trí tính chất lực ngàm đặt lên khung 53 Bảng 4.2: Ứng suất sinh khung 55 Bảng 4.3: Chuyển vị điểm khung 56 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật cùm spindle 68 Bảng 5.1: Danh sách biến hệ bậc tự 75 SVTH: Trang Thế Toàn ix Chương I: Tổng quan SVTH: Trang Thế Toàn 10 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học GVHD: Lê Thanh Long mrb = rrb  f rb = S ( rrb ) f rb  0 GM T sin ( )   −sin ( )     = −  g  0 GM Lsin ( )   cos ( ) sin ( )    cos ( ) cos ( )    −GM T sin ( ) −GM Lsin ( )    GM T sin ( ) cos ( ) cos ( )   = −  g  GM Lsin ( ) cos ( ) cos ( )     −GM L cos ( ) + GM T sin ( ) sin ( )  ( (5.48) ) Trong giả sử bỏ qua rrb  δf rb nên áp dụng cho trường hợp momen nhỏ so với momen rrb  f rb Bây ta hồn thiện phương trình thủy tĩnh học cách ghép (5.47) (5.48) Ta có: δf b  g ( ) = −  rb   mr  (5.49) Hay:        g ( ) =         g  5.2.2.3        g  A p ( ) d  cos ( ) sin ( )      g  A p ( ) d  cos ( ) cos ( )    gGM T sin ( ) cos ( ) cos ( )    gGM Lsin ( ) cos ( ) cos ( )  −GM L cos ( ) + GM T sin ( ) sin ( )    −  g  A p ( ) d  sin ( ) ( (5.50) ) Hydrodynamics Những thành phần quan trọng thủy động học định nghĩa là: Lực tác động thể thể bị buộc phải dao động với tần số sóng kích thích khơng có sóng cố SVTH: Trang Thế Tồn 95 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học GVHD: Lê Thanh Long Trong xác định thành phần sau: − Phần khối lượng tăng lên quán tính chất lỏng xung quanh chuyển động (Added Mass) − Damping lượng mang sóng bề mặt tạo Added Mass: Trong phần ta quan tâm đến ma trận quán tính hệ thống, ma trận Corilois hướng tâm tàu di chuyển có gia tốc Ký hiệu là: MA = Ma trận quán tính hệ thống Added Mass C A ( ) = Ma trận Corilois hướng tâm Added Mass Để xác định nguồn gốc hai ma trận ta sử dụng cách tiếp cận xét khía cạnh lượng dùng định luật Kirchhoff Cơ học Lagrangian: Một phương pháp tiếp cận khác thay sử dụng phương trình Newton-Euler ta áp dụng học Lagrangian Phương pháp bao gồm bước bản: Bước 1: Viết biểu thức động cho tàu với ký hiệu tương ứng T V Bước 2: Sau xét L = T − V (5.51) Bước 3: Viết phương trình Euler - Lagrangian: d  L  L − = J −T ( ) dt     (5.52) Phương trình hợp lệ với hệ tọa độ (quán tính, BODY, NED ) Đối với tàu khơng có hạn chế chuyển động (tức có bậc tự do), ta sử dụng hệ tọa độ tổng quát NED: SVTH: Trang Thế Toàn 96 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học GVHD: Lê Thanh Long  =  N , E , D, , ,  T Nhưng không may vector vận tốc BODY:  = u, v, w, p, q, r  T Nên khơng thể lấy tích phân khơng mang ý nghĩa vật lý (do thành phần cuối) Vì thế, phương trình Lagrangian khơng thể sử dụng trực tiếp Nhưng vấn đề giải thơng qua phương trình chuyển động Kirchhoff Phương trình Kirchhoff viết dạng vector: Xét tàu với vận tốc tuyến tính 1 = u, v, w vector vận tốc góc T  =  p, q, r  với lực  =  X ,Y , Z  momen  =  K , M , N  có mối liên quan T T T với lượng sau: T = T M  (5.53) Viết phương trình vector: d  T  T = 1   + S (2 ) dt  1  1 (5.54) d  T  T T + S (1 ) = 2   + S (2 ) dt  2   1 (5.55) Trong S ma trận phản đối xứng Năng lượng động lực học chất lỏng: Cách diễn đạt cho lượng động lực học chất lỏng TA viết dạng toàn phương sau: TA =  T M A  (5.56) Trong M A ma trận qn tính Added Mass: SVTH: Trang Thế Toàn 97 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học A M A =  11  A21 GVHD: Lê Thanh Long A12  A22  (5.57)  Xu Y  u  Zu = −  Ku Mu   N u Xv Xw Xp Xq Yv Yw Yp Yq Zv Zw Zp Zq Kv Kw Kp Kq Mv Mw Mp Mq Nv Nw Np Nq Xr  Yr   Zr   Kr  Mr   N r  (5.58) Ta gọi lực thủy động học khối lượng tăng thêm Y dọc the trục y gia tốc u gây viết là: Y = −Yu u Trong Yu := Y u Trai khiển (5.56) với giả định M A = M AT ta có: 2TA = − X u u − X v v − Z w w2 − 2Yw vw − X w wu − X v uv − K p p − M q q − N r r − M r qr − K r rp − K q pq − p ( X pu + Ypv + Z p w) (5.59) − 2q ( X q u + Yq v + Z q w ) − 2r ( X r u + Yr v + Z r w ) Tính chất M A Đối với tàu trạng thái nghỉ (vận tốc xấp xỉ 0) giả định chất lỏng lý tưởng, khơng có sóng nhiễu tần số khơng thì: M A = M AT  Lực Momen Added Mass: SVTH: Trang Thế Tồn 98 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học GVHD: Lê Thanh Long Dựa lượng động lực học TA chất lỏng, ta viết lại dạng lực momen Ứng dụng cuối phương trình Kirchhoff đưa dạng lượng lực momen cách sau: d  TA   TA   TA    = r  − q − XA dt  u   v   w  d  TA   = dt  v   T   T  p  A  − r  A  − YA  w   u  d  TA   TA    = q − dt  w   u   T  p A  − ZA  v  d  TA   T   T   T   T  = w A  − v  A  + r  A  − q A  − KA   dt  p   v   w   q   r  d  TA   T   T  = u  A  − w A  +   dt  q   w   u   T   T  p A  − r A  − M A  r   p   TA  d  TA   TA   TA    = v  − u  + q − dt  r   u   v   p   T  p A  − NA  q  Từ kết hợp với (5.59) ta tính được: X A = X u u + X w ( w + uq ) + X q q + Z w wq + Z q q + X v v + X p p + X r r − Yv vr − Y p rp − Yr r − X v ur − Yw wr + Ywvq − Z p pq − (Yq − Z r ) qr YA = X u u + Yw w + Yq q + Yv v + Y p p + Yr r + X v vr − Ywvp + X r r + ( X p − Z r ) rp − Z p p − X w ( up − wr ) + X u ur − Z w wp − Z p pq + X q qr Z A = X w ( u − wq ) + Z w w + Z q q − X uuq − X q q + Ywv + Z p p + Z r r + Yv vp + Yr rp + Y p p − X v up + Yw wp − X v vq − ( X p − Yq ) pq − X r qr SVTH: Trang Thế Toàn 99 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học GVHD: Lê Thanh Long K A = X p u + Z p w + K q q − X v wu + X r uq − Yw w2 − (Yq − Z r ) wq + M r q + Y p v + K p p + K r r + Ywv − (Yq − Z r ) vr + Z pvp − M r r − K q rp + X wuv − (Yv − Z w ) vw − (Yr − Z q ) wr − Y p wp − X qur + (Yr + Z q ) vq + K r pq − ( M q − N r ) qr M A = X q ( u + wp ) + Z p ( w − uq ) + M q q − X w ( u − w2 ) − ( Z w − X u ) wu + Yq v + K q p + M r r + Y p vr − Yr vp − K r ( p − r ) + ( K p − N r ) rp − Ywuv + X v vw − ( X r − Z p ) ( up − wr ) + ( X p − Z r ) ( wp + ur ) − M r pq + K q qr N A = X r u + Z r w + M r q + X v u + Yw wu − ( X p − Yq ) uq − Z p wq − K q q + Yr v + K r p + N r r − X v v − X r vr − ( X p − Yq ) vp + M r rp + K q p (5.60) − ( X u − Yv ) uv − X wvw + ( X q − Y p ) up + Yr ur + Z q wp − ( X q + Y p ) vq − ( K p − M q ) pq − K r qr Tiếp theo ta xác định ma trận C A ( ) trước tiên ta xét tính chất nó: Tính chất C A ( ) Cho vật thể chuyển động chất lỏng lý tưởng C A ( ) ln ln viết dạng ma trận phản đối xứng: CA ( ) = −CAT ( ) qua định nghĩa sau: 03 x − S ( A111 + A122 )   C A ( ) =    − S ( A111 + A122 ) − S ( A211 + A222 )  (5.61) Với Aij ( i, j = 1,2 ) định nghĩa (5.57) Từ đây, khai triển (5.61) ta thu được: SVTH: Trang Thế Toàn 100 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học     C A ( ) =    a3   − a2 GVHD: Lê Thanh Long 0 − a3 0 a3 0 − a2 a1 −a3 a2 −b3 −a1 b3 a1 −b2 b1 a2  −a1     b2  −b1    đó: a1 = X uu + X vv + X ww + X p p + X qq + X r r a2 = Yuu + Yvv + Yww + Yp p + Yqq + Yr r a3 = Zuu + Zvv + Z ww + Z p p + Zqq + Zr r (5.62) b1 = Kuu + Kvv + Kww + K p p + Kqq + Kr r b2 = M uu + M vv + M ww + M p p + M qq + M r r b3 = Nuu + Nvv + N ww + N p p + N qq + N r r Hydrodynamic Damping: Ma trận phụ thuộc nhiều yếu tố từ mơi trường sóng, gió dòng chảy nên người ta thường tránh việc tính mặt lý thuyết thay vào dùng thực nghiệm để xác định cho trường hợp cụ thể Do phần ta khảo sát tính chất phương diện lý thuyết tiếp cận với số mơ hình thơng dụng trường hợp cụ thể tàu Ta định nghĩa: D ( ) = Dlinear + Dn ( ) (5.63) Trong Dlinear ma trận damping tuyến tính Dn ( ) ma trận damping phi tuyến Tính chất ma trận Damping D ( ) : SVTH: Trang Thế Toàn 101 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học GVHD: Lê Thanh Long Cho vật thể chuyển động chất lỏng lý tưởng ma trận damping thực, khơng đối xứng hồn tồn dương: D ( )  0,   R6 Các mô hình ma trận damping: Dlinear Xu    = −     0 0 Yv Yp 0 Zw Zq Kv Kp 0 Mw Mq Nv Np 0 Yr   0  Kr  0  N r  (5.64) T Thậm chí ta giả sử Dlinear = Dlinear với điều kiện tốc độ di chuyển thấp Khi di chuyển với tốc độ cao ta phải xét thêm thành phần phi tuyến D ( ) = Dlinear + Dn ( ) Trong Dlinear có từ (5.64) Dn ( ) định nghĩa sau: X uu u     Dn ( ) = −       0 0 Yv v v + Yr v r 0 0 Z ww w 0 0 Kpp p 0 0 M qq q Nvv v + N rv r 0   v + Yr r r    (5.65)     v + Nrr r   Yv r Nvr Cuối ta viết phương trình động lực học cách ma trận tính vào (5.17): ( M RB + M A ) + (CRB ( ) + CA ( ) ) + ( Dlinear + Dn ( ) ) + g ( ) =  +  wind +  wave (5.66) SVTH: Trang Thế Toàn 102 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học 5.3 GVHD: Lê Thanh Long Mơ hình tốn rút gọn với bậc tự Chuyển động tàu thủy biểu diễn bậc tự (6 DOF) Tuy nhiên thực tế khảo sát người ta thường giả sử tàu nằm ngang ổn định không bị nghiêng ta xem góc roll, pitch xấp xỉ không (ϕ ≈ θ ≈ 0) để giảm bớt phức tạp không cần thiết Tương tự với độ tàu ta xem không đổi nên ta bỏ qua giá trị z g(η) Kết cho mơ hình với bậc tự (3DOF) bao gồm x, y ψ Từ phương trình hệ tàu xây dựng phần trước ta viết lại sau (bỏ qua yếu tố ngoại lực môi trường lực nổi):  = J ( )     ( M RB + M A ) + ( CRB ( ) + C A ( ) ) + ( Dlinear + Dn ( ) ) =  (5.67) Trong : −  =  N , E ,  hệ tọa độ NED Do chuyển động xét theo phương ngang T vùng xác định trước nên ta xem vị trí hệ tọa độ NED vị trí ECEF nên  =  x, y,  T −  = u, v, r  hệ tọa độ BODY T −  =  , ,  tín hiệu lực momen điều khiển T − Sau rút gọn lại vector   xác định lại J ( ) hệ tọa độ phẳng sau:  cos ( ) − sin ( ) 0   J ( ) =  sin ( ) cos ( ) 0  0  − Tương tự ta rút gọn lại ma trận qn tính hệ thống từ cơng thức (5.38) (5.58) sau: SVTH: Trang Thế Toàn 103 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học m  = m   mxG M RB  Xu MA = −   GVHD: Lê Thanh Long  mxG   I z  Yv Nv 0 Yr   N r  T với  x g , y g , z g  tọa độ điểm trọng tâm tàu hệ tọa độ BODY I z hệ số ma trận quán tính biểu thị cho momen quán tính quay quanh trục tàu X u , Yv , Yr , N v , N r hệ số ma trận Added Mass Các hệ số phụ thuộc vào biên dạng tàu − Lúc từ ma trận quán tính hệ thống ta sử dụng công thức (5.40) (5.61) để có ma trận Coriolis hướng tâm: −mv − mxG r   mu  − mu    CRB ( υ ) =   mv + mxG r N + Yr     0 − ( m − Yv ) v −  mxG − v r       CA ( υ) =  0 (m − X u ) u    ( m − Yv ) v +  mxG − N v + Yr  r − ( m − X u ) u      − Và ma trận Damping cho bậc tự dễ dàng thu qua việc rút gọn từ công thức (5.64) (5.65): Dlinear − X u uu  Dn ( ) =     SVTH: Trang Thế Toàn − X u =   0 −Yv −Nv  −Yr   − N r    v − Yr r r   v − Nrr r   −Y v v v − Y r v r −Y v r −N v v v − N r v r −N v r 104 Chương V: Xây dựng phương trình tốn động lực học GVHD: Lê Thanh Long Khi phương trình rút gọn cho bậc tự tàu viết lại sau:  = R ( )    M + C ( ) + D ( ) =  (5.68) Trong đó: −  cos ( ) − sin ( ) 0   R ( ) = J ( ) =  sin ( ) cos ( ) 0  0  −  m11 M = ( M RB + M A ) =    (5.69)  m − X u m23  =    m33    mxG − Yr   I z − N r  (5.70) N + Yr     0 − ( m − Yv ) v −  mxG − v r       = 0 (m − X u ) u    ( m − Yv ) v +  mxG − N v + Yr  r − ( m − X u ) u      (5.71) − − 0 C ( ) =    c31 D ( ) = Dlinear 0 c32 m22 m32 SVTH: Trang Thế Toàn m − Yv mxG − N v c13  c23     d11 + Dn ( ) =    − X u − X u uu  =    0 d 22 d 32 0 d 23   d 33  −Yv − Y v v v − Y r v r −Nv − N v v v − N r v r   −Yr − Y v r v − Y r r r   −Nr − N v r v − N r r r   (5.72) 105 Chương VI: Đánh giá kết luận GVHD: Lê Thanh Long CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Đánh giá kết 6.1 6.1.1 Hoàn thành Luận văn hoàn thành nội dung gồm: - Tìm hiểu tổng quan USV; - Phân tích phương án thiết kế lựa chọn thiết kế phù hợp với điều kiện đặt ra; - Thiết kế mô thân tàu đảm bảo lực lựa chọn thiết bị đẩy phù hợp với sức cản thân tàu; - Thiết kế đầy đủ chi tiết gá đặt nhằm đảm bảo khả gá thiết bị khảo sát gia cố chống thấm cho tàu; - Xây dựng phương trình tốn động lực học cho mơ hình 6.1.2 Hạn chế Bên cạnh đó, đề tài lần thực môn quy mô kiến thức cung cấp cho đề tài thuộc nhiều lĩnh vực khác ngồi ngành nên có nhiều hạn chế khó tránh khỏi như: - Khả chọn mức dung sai chưa thực xác chi tiết tàu thủy; - Một số thiết bị gá đặt mang tính tương đối nên khả phải thường xuyên kiểm tra để đảm bảo độ an tồn cho mơ hình; - Khối lượng kiến thức ngồi ngành lớn nên thời gian ngắn khó thiết kế chi tiết cho thực phù hợp; - Thiếu kinh nghiệm thiết kế chuyên môn để hạn chế rủi ro xảy đưa vào chế tạo thực tiễn SVTH: Trang Thế Toàn 106 Chương VI: Đánh giá kết luận GVHD: Lê Thanh Long Hướng phát triển đề tài 6.2 Từ vấn đề tồn đọng hướng phát triển đề tài theo hướng phát triển sâu hơn, đáp ứng nhu cầu khảo sát môi trường nên ta 72 có hướng phát triển sau: - Chế tạo gia cơng khí lắp ráp xác USV để đảm bảo hoạt động xác, đạt khả tốc độ linh hoạt nhất; - Tìm hiểu sâu lĩnh vực tàu thủy USV để đưa phương án hạn chế rủi ro chế tạo vận hành xuống mức tối thiểu; - Tiếp tục tìm hiểu phối hợp với phận điện để đưa giải thuật điều khiển cho mơ hình tương lai; - Nghiên cứu nâng cao, tích hợp vào mơ hình thêm thiết bị có ứng dụng mang tính thực tiễn; 6.3 Phát triển hoàn thiện để đến khả vận hành thực tiễn Kết luận Luận văn tốt nghiệp thiết kế mơ hình thuyền tự hành USV đề tài luận văn mang tính học thuật nghiên cứu dựa tảng khoa học phát triển công nghệ phương tiện không người lái vận hành nước Dựa kiến thức hàn lâm, đề tài xây dựng thành cơng mơ hình tàu USV thân phục vụ tốt cho nhu cầu khảo sát quan trắc môi trường nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn đề tài nghiên cứu khoa học đề Mặc dù nhiều sai sót số vấn đề thời gian chun mơn, đề tài thể tính học thuật song song tính thực nghiệm mơ hình xây dựng Trên sở thuyết bền, lý thuyết sức cản, lực phương pháp tính tốn học khác Khả đáp ứng phần cứng mặt tính đủ để lắp đặt thiết bị quan trắc vận hành để khảo sát thực tiễn SVTH: Trang Thế Toàn 107 Chương VI: Đánh giá kết luận GVHD: Lê Thanh Long Mặt khác, với thiết kế dễ dàng tháo lắp thay đổi tạo cho mơ hình khả nâng cấp ứng dụng lâu dài quy trì bảo trì thiết bị sau vận hành tương đối đơn giản Bên cạnh đó, phương trình tốn động lực học dựa tài liệu khoa học báo khoa học chứng minh với lý thuyết tính phương trình tốn, ta mô động lực học để thu thập số thí nghiệm thơng qua khả chế tạo mơ hình thực tiễn với khảo sát mơi trường thời Ta đưa giải thuật điều khiển cho phù hợp hoàn thiện cho mơ hình để đến khả thương mại hóa đề tài nghiên cứu chế tạo thành cơng SVTH: Trang Thế Tồn 108 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập một, Nhà xuất giáo dục Việt Nam [2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập hai, Nhà xuất giáo dục Việt Nam [3] Nguyễn Hữu Lộc (2016) Giáo trình sở thiết kế máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [4] Lại Khắc Liễm (2015) Cơ học máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Quốc Ý (2016) Hướng dẫn giải tập Cơ học thủy khí, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [6] Trần Cơng Nghị (2006) Giáo trình thiết kế tàu thủy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [7] Võ Trọng Cang – Trần Văn Tạo – Đoàn Minh Thiện (2010) Hướng dẫn sử dụng Phần mềm thiết kế tàu MaxSurf, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [8] Trần Cơng Nghị (2007) Sổ tay lý thuyết thiết kế tàu thủy, Nhà xuất giao thông vận tải [9] Fossen, T.I., Guidance and Control of Ocean Vehicles John Wiley & Sons Ltd., New York, pp 18, 1994 [10] Fossen TI Marine Control Systems Guidance, Navigation, and Control of Ships, Rigs and Underwater Vehicles Marine cybernetics AS (2002) SVTH: Trang Thế Toàn 109 ... tưởng thiết kế cho USV, lựa chọn loại USV chức tương đối mà USV cần có; • Lựa chọn phương án thiết kế, xây dựng phát triển phương án thiết kế; • Lựa chọn cấu truyền động cho USV; • Thiết kế sơ... giá thiết kế; • Thiết kế chi tiết phần khí cho USV theo module tiến hành mơ chuyển động (nếu có); • Thiết kế cấu gá, lắp ghép chi tiết theo tiêu chuẩn mơ sức bền; • Thiết kế phận liên kết hệ USV. .. giá kết thu hoạch 1.2.2 Nhiệm vụ • Tìm hiểu phương án thiết kế lựa chọn phương án thiết kế để phát triển ý tưởng; • Phác thảo ý tưởng thiết kế lựa chọn; • Tối ưu hóa thiết kế theo hướng thiết kế