5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.4 Tính toán các hệ số điều khiển
Từ giá trị , đo được cùng với giá trị , và tính được ở bên trên, ta sẽ tìm được hệ số cuối cùng
Hình 3.13. Vòng quay trở của tàu
Để xây dựng được mô hình toán chuyển động tàu cần tính toán các hệ số K’ và T’ của các con tàu, và việc này có thể được tiến hành dựa vào một số kết
72
quả kết quả thử zigzag và thử quay trở có được trong trường thử của con tàu. Tuy nhiên, có thể xác định giá trị của K khi tàu quay trở ổn định và được xác định như sau:
Khi tàu đang chuyển động tới, ta bẻ lái về một bên mạn với một góc bẻ lái nào đó so với vị trí số không, con tàu sẽ vẽ lên một quĩ đạo cong, đó chính là vòng quay trở.
Quá trình quay trở của gồm có 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Là giai đoạn cần thiết bẻ bánh lái từ số không (0o) đến góc lái do nào đó (từ khi bắt đầu bẻ lái cho đến khi bẻ lái xong). Lúc đó tàu vừa chuyển động tiến lên, vừa dịch chuyển ngược với phía bẻ lái và nghiêng về phía bẻ lái một góc khoảng 2 3o. Sự dịch chuyển này sẽ giảm dần và mất hẳn khi bắt đầu xuất hiện góc quay, lúc này tàu có xu hướng ngả mũi về phía bẻ lái. Giai đoạn này còn gọi là giai đoạn chết vì tàu chưa nghe lái.[21]
- Giai đoạn 2: Còn gọi là giai đoạn tiến triển, tính từ khi bẻ lái xong cho đến khi tàu bắt đầu có sự chuyển động tròn đều, lúc này vận tốc góc quay trở đạt giá trị cố định (tàu đã quay được 90o100o) so với hướng đi ban đầu và lực cản đã cân bằng. Ở giai đoạn này xuất hiện góc nghiêng ngang cùng hướng với mạn bẻ lái.
- Giai đoạn 3: Gọi là giai đoạn lượn ổn định hay là giai đoạn quay trở ổn định. Giai đoạn này được tính từ lúc vận tốc góc bằng hằng số, nếu không thay đổi góc bẻ lái, không có ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài.
Chính vì thế nên khi tàu quay trở sang giai đoạn 3 (giai đoạn có tốc độ quay trở ổn định), thì gia tốc quay trở bằng không, lúc này phương trình (1.1) sẽ có dạng: ̇ = .d . Khi đó dựa vào giá trị của góc bẻ lái (d) và tốc độ quay trở ổn định trong thử quay (̇ ) ta sẽ xác định được giá trị của và từ giá trị K tìm được ta sẽ tính ngược lại được giá trị T.
73
3.4Tính toán các hệ số điều khiển
Để đánh giá được chuyển động của tàu chạy trên luồng khi không có ảnh hưởng của yếu tố con người, cần thiết phải thực hiện mô phỏng chuyển động của tàu. Như đã đề cập ở các phần trên, chuyển động của tàu được phân thành chuyển động trên các đoạn thẳng và cong. Hay nói cách khác là chuyển động của tàu đi theo các tuyến đường giữa các điểm chuyển hướng và thực hiện đổi hướng tại các điểm chuyển hướng.
Để tàu có thể tự động chuyển hướng đi khi đến điểm chuyển hướng, trong thuật toán điều khiển, tùy theo khả năng điều động tàu, tùy theo góc chuyển hướng lớn hay nhỏ mà ta có thể đặt khoảng cách từ tàu đến điểm chuyển hướng cần thiết để bắt đầu bẻ lái, điều khiển tàu chuyển sang hướng đi mới.
Khi bắt đầu chuyển sang hướng đi mới thì coi như tàu đang đi theo hướng đi mới đó và tính toán các độ lệch so với đường đi mới, điểm chuyển hướng mới để làm cơ sở điều khiển bánh lái của tàu.
Con tàu được điều khiển theo đường đi theo phương trình
δ = K . y + K . Ψ + K . ̇ (3.5)
Giá trị góc bẻ lái được tính toán theo các hệ số điều khiển K1, K2, K3. Theo nghiên cứu của Dr. Senda [33],[34] các hệ số này được tính như sau
10.5 ′⁄ ′ (3.6)
= 0.7 ′⁄ ′ (3.7)
= 0.5 ′⁄ ′ (3.8)
Từ các công thức trên chúng ta có thể tính được sơ bộ các hệ số điều khiển. Căn cứ vào kết quả mô phỏng, kết quả thực nghiệm chúng ta có thể hiệu chỉnh các hệ số này để đạt được chất lượng điều khiển tốt nhất.
Để tính toán các thông số về độ dạt ngang, độ chệch hướng của tàu ta sử dụng các phép toán hình học thông thường. Căn cứ theo sự thay đổi hướng đi,
74
chúng ta tính được tốc độ quay trở của tàu. Lấy các thông số này đưa vào công thức 3.6 ta sẽ tính được góc bẻ lái cần thiết để điều khiển tàu