Hình 4.18: Hàm liên thuộc đầu ra K I* Xây dựng các luật điều khiển: * Xây dựng các luật điều khiển:
Luật hợp thành gồm 9 luật điều khiển.
R1: Nếu ET = N4 Thì KP = LP5, KD = LD5, KI = LI5 Hoặc R2: Nếu ET = N3 Thì KP = LP4, KD = LD5, KI = LI4 Hoặc R3: Nếu ET = N2 Thì KP = LP3, KD = LD3, KI = LI3 Hoặc R4: Nếu ET = N1 Thì KP = LP2, KD = LD2, KI = LI2 Hoặc R5: Nếu ET = ZE Thì KP = LP1, KD = LD1, KI = LI2 Hoặc R6: Nếu ET = P1 Thì KP = LP2, KD = LD2, KI = LI2 Hoặc R7: Nếu ET = P2 Thì KP = LP3, KD = LD3, KI = LI3 Hoặc R8: Nếu ET = P3 Thì KP = LP4, KD = LD5, KI = LI4 Hoặc
R1: Nếu ET = P4 Thì KP = LP5, KD = LD5, KI = LI5 * Chọn luật hợp:
Luật hợp thành R được chọn là luật hợp thành Max - Min * Phương pháp giải mờ:
Phương pháp giải mờ được chọn là phương pháp điểm trọng tâm. 4.5. Kết quả và bàn lu n ậ
Trên hình 4.19 biểu diễn năng lượng sóng theo các cấp sóng khác nhau để đặt tham số cho bộ mờ đầu vào(xây dựng luật điều khiển). Nhiệm vụ của bộ mờ đầu vào nhằm để tự động điều chỉnh tốc độ đặt khi mà tàu hành trình trên biển.
Hình 4.19: Năng lượng sóng của bộ mờ đầu vào
Trên hình 4.20 biểu diễn giá trị tốc độ đặt thay đổi theo năng lượng sóng. Các giá trị thay đổi đó được tính toán cụ thể đã được trình bày ở các phầntrên.
Hình 4.21: Tự động thay đổigiá trị đặt theo năng lượng sóng
Hình 4.22: Mối quan hệ giữa năng lượng sóng với tốc độ tàu
- Kết quả hình 4.2 miêu tả nguyên tắc tự động thay đổi tốc độ đặt có guyên lý hoạt 1 n động như sau:
Trong điều kiện mặt biển yên lặng và tốc độ tàu chạy biển đặt ban đầu là 7,71m/s, đến thời điểm 50s khi sóng biển ở cấp 1 tức là năng lượng RAW1= 0,0002 thì tốc độ tàu ở mức 7,6m/s tương ứng với tốc độ tàu giảm 1%. Đến thời điểm 80s khi sóng biển ở cấp 2 tức là năng lượng RAW2= 0,0006 thì tốc độ tàu ở mức 7,5m/s tương ứng với tốc độ tàu giảm 2%. Đến thời điểm 120s khi sóng biển ở cấp 3 tức là năng lượng RAW3 = 0,001 thì tốc độ tàu ở
mức 7,4m/s tương ứng với tốc độ giảm giảm 3%. Đến thời điểm 140s khi sóng biển ở cấp 4 tức là năng lượng RAW4 = 0,0016 thì tốc độ tàu ở mức 7,1m/s tương ứng với tốc độ tàu giảm 6%. Đến thời điểm 180s khi sóng biển ở cấp 5 tức là năng lượng RAW5= 0,0026 thì tốc độ tàu ở mức 6,94m/s tương ứng với tốc độ tàu giảm 10%. Tại thời điểm 200s khi mặt biển trở lại trạng thái yên lặng thì tốc độ tàu chạy biển trở lại tốc độ đặt ban đầu 7,71m/s.
- Trên hình 4.22cho biết mối quan hệ giữa năng lượng sóng với tốc độ tàu khi cấp sóng (chiều cao sóng) thay đổi. Nói cách khác khi năng lượng sóng thay đổi thì đáp ứng tốc độ tàu cũng thay đổi theo.
→ Từ phân tích nguyên lý điều khiểntrêncho thấy việc lấy năng lượng sóng để tự động điều khiển giá trị đặt làm thay đổi tốc độ theo năng lượng sóng là một đóng góp mới vì đã khắc phục nhược điểm của hệ các hệ thống điều khiển tốc độ tàu trước đây (việc điều chỉnh tốc độ được thay đổi bằng tay trong suốt quãng đường chạy biển). Kết quả và các số liệu mô phỏng đã cho thấy sự phù hợp với nguyên tắc điều khiển hàng hải đó là “khi sóng lớn thì tốc độ của tàu phải giảm để đảm bảo an toàn của con tàu.” Ý nghĩa của kết quả góp phần làm tăng mức độ tự động hóa trong các hệ thống tự động trên tàu thủy nói chung và đặc biệt là vấn đềđiều khiển tốc độ tàu thủynói riêng.
Kết luận Chương 4
1. Căn cứ vào đối tượng điều khiển (truyền động động cơ điện lai chân vịt) đ sử dụng ã các bộ điều khiển tốc độ tàu PID, Logic mờ, F PID để mô phỏng và kiểm chứng.-
2. Căn cứ vào mô hình toán học được tính hóa dạng hàm truyền, vận tốc tàu, tham số động cơ truyền động chân vịt. Trên cơ sở đó tính toán được hàm truyền của đối tượng điều khiển.
3. Căn cứ vào mô hình hóa đối tượng tàu thủy trên cơ sở đó ứng dụng cho hai bài toán. Cụ thể làtính năng lượng sóng sang lực cản, tính tốc độ tàu theo cấp sóng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận án “Đo, phân tích sóng biển và áp dụng cho bài toán điều khiển tự động tốc độ tàu thuỷ” là một đề tài rộng phức tạp, được đánh giá ở các khía cạnh sau:
không dừng nhưng để phân tích ta phải xét sóng biển như một quá trình ngẫu nhiên dừng,
êrgôdic, qui tâm.
- Thời gian duy trì các cấp sóng không xác định được cụ thể mà phải giả thiết.
Từ các khía cạnh khó khăntrên, saumột thời gian dài miệt mài tìm hiều và nghiên cứu đến nayemđã hoàn thành toàn bộ nội dung luận án và thu được các kết quả như sau:
1. Đề xuất mô hình sóng biển mới gồm thành phầnsóng điều hòa và thành phần sóng ngẫu nhiên. Được gọi là mô hình sóng tổng hợp.
2. Xây dựng mô hình thực nghiệm để xác định các đặc trưng ngẫu nhiên. Sử dụng phép phân tích phổ (dùng thuật toán biến đổi Fourier nhanh FFT)để phân tích kết quả đo sóng. Sau đó tìm năng lượng sóng tổng hợpđể ứng dụng vào nhiều bài toán khác nhau.
3. Đã áp dụng kết quả phân tích sóng biển tổng hợpvào bài toán điều khiển tự độngtốc độ tàu thủy. Nội dung bài toán chủ yếu là sử dụng năng lượng sóng để thay đổi giá trị đặt từ đó thay đổitốc độ tàu.
* Những vấn đề chưa làm được:
+ Mới chỉ đo được sóng trong bể thử gần giống với sóng thực tế ngoài biển.
+ Nếu có một bể thử sóng hiện đại ta có thể đo được các cấp sóng khác nhau từ đó tính được năng lượng sóng cho từng cấp sóng sẽ chính xác hơn mà không cần phải tính đến chiều cao sóng H1/3.
* Đề xuất:
Đưa vào thử nghiệm trên mô hình thật nhằm đóng góp vào lĩnh vực điều khiển tàu thủy của ngành công nghiệpđóng tàu Việt nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TI NG VI T:Ế Ệ
[1] Nguyễn Xuân Hùng (1999) Động lực học Công trình biển Nhà xuất bản khoa học và . kỹ thuật.
[2] Phạm Văn Giáp, Nguyễn Ngọc Huệ, Nguyễn Đình Trường (2004) Sóng biển đối với cảng biển. Nhà xuất bản xây dựng.
[3] Trần Minh Quang (2007) Công trình biển Nhà xuất bản Giao thông Vận tải..
[4] Nguyễn Văn Huân, Nguyễn Thanh Sơn, Phan Văn Tân Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên và ứng dụng trong khí tượng thủy văn. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà nội. [5 ] Trần Công Nghị Lý thuyết tàu thủy tập 1 Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố .
Hồ Chí Minh.
[6] Nguyễn Đăng Cường (2005) Động lực học tàu thủy Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ . thuật.
[7] Tiếu Văn Kinh (2006) Sổ tay hàng hải tập 2- . Nhà xuất bản Giao thông Vận tải. [8] Vũ Uyên Dinh (2002) Môi trường biển tác động lên công trình Nhà uất bản Xây . x
dựng.
[9] Phạm Thượng Hàn (2006) Xử lý số tín hiệu và ứng dụng Nhà xuất bản Giáo dục.. [10] Phạm Thượng Hàn Định lý mới về lấy mẫu tín hiệu đo lường. Tạp chí Khoa học và
Công nghệ, 4.2006, pp. 119-127.
[11] Hồ Văn Sung (2005) Xử lý số tín hiệu T1 & 2 Nhà xuất bản Giáo dục Hà nội..
[12] Trần Thị Thục Linh, Đặng Hoài Bắc Giải bài tập xử lý tín hiệu số và Matlab Nhà . xuất bản Bưu điện.
[13] Nguyễn Văn Hòa, Bùi Đăng Thảnh, Hoàng Sỹ Hồng Giáo trình Đo lường điện và Cảm biến đo lường. Nhà xuất bản Giáo dục.
[14] Vũ Uyên Dinh (2002) Môi trường biển tác động lên công trình. Nhà xuất bản xây dựng.
[15] Nguyễn Đức Ân, Nguyễn Bân (2005) Lý thuyết tàu thủy Tập 2– . Nhà xuất bản Giao thông vận tải.
[16] Nguyễn Văn Lai (2006) Giáo trình Hải dương học Nhà xuất bản xây dựng. .
[17] Nguyễn Đình Long Hướng dẫn thiết kế thiết bị năng lượng tàu cá Trường Đại học . Thủy sản Khoa cơ khí. -
[18] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (1999) Lý thuyết điều khiển mờ Nhà xuất bản . Khoa học và Kỹ thuật.
[19] Đặng Xuân Hoài (1999) Ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động hóa và vi xử lý trên tàu thủy đóng tại Việt Nam. Luận án tiến sỹ kỹ thuật.
[20] Nguyễn Trọng Thuần (2000 Điều khiển) logic & ứng dụng. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[21] Nguyễn Phùng Quang (2005) Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[22] Nguyễn Doãn Phước (2009) Lý thuyết điều khiển tuyến tính. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[23] Nguyễn Bình (2006) Lý thuyết thông tin. hà xuất bản khoa học viện bưu chính viễn N thông.
[24] Các trang web: www.dieukhien.net, www.diahai.com.vn, www.vos.noaa.gov, http://vi.wikipedia.org, http://pubs.usgs.gov, http://seacoos.org, www.elsevier.com/locate/oceaneng, www.engineering.co.kr, http://www.vos.noaa.gov, http://vi.wikipedia.org, http://pubs.usgs.gov, http://seacoos.org, www. Thietbicongnghiep.vn.
TI NG ANH:Ế
[25] Harald E. Krogstad and Øivind A. Arntsen (2000) Linear wave theory – Part A. Norwegian University of Science and Technology Trondheim Norway.
[26] M. N. Gomes, C. R. Olinto, L. A. O. Rocha, J. A. Souza and L. A. Isoldi (June 2009) Computational Modeling Of a Regular Wave Tank. Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós – Gradua em Modelagrem Computacional, pp.44-50.
[27] CEM (2002) Coastal Engineering Manual. Army Corps of Engineers, U.S., Washington.
[28] Recommended Practice DNV – RP – C205, October 2010 Page 27.
[29] TENG Bin and NING De-zhi (2009) A simplified model for extreme-wave kinematics in deep sea. J. Marine. Sci. Appl. S: 27-32.
[31] H. B. Bingham and P. A. Madsen (April 2003) Nonlinear irregular wave forces on near – shore structures by a high – order Boussinesq method.
[32] R. J. Sobey (1992) A local Fourier approximations method for irregular wave kinematics. Applied Ocean Research 14, pp. 93-105.
[33] Kyung Doug Suh, Jae Chun Choi, Bum Hyoung Kim, Woo Sun Park, Lil Seong Lee (2001) Reflection of irregular waves from perforated – wall caisson breakwaters. Coastal Engineering 44, pp. 141-151.
[34] Hanbin Gu, Shaowu Li, Zhong Shi (2003) A Numerical Model of Nearshore Irregular Wave Based on Fully Nolinear Boussinesq Equations. Proceedings of The Thirteenth 2003 International Offshore and Polar Engineering Conference Honolulu, Hawaii, USA, May 25-30.
[35] Puneet Agarwal, Lance Manuel (January 2010) Incorporating Irregular Nonlinear Waves in Coupled Simulation of Offshore Wind Turbines. Americal Institute of Acronautics and Astronautics.
[36] Hanbin GU, Yanbao LI, Shaowu LI & Luwen QIE (November 9-11-2003) Application of a boussinesq wave model. International Conference on Estuaries and Coasts , Hangzhou, China.
[37] Sung Bum Yoon, Yong – Sik Cho, Changhoon Lee (2004) Effects of breaking – induced currents on refraction – diffraction of irreguler waves over submerged shoal. Ocean Engineering 31, pp. 633 – 652.
[38] By Arun Chawla, H. Tuba Ӧzkan – Haller, and James T. Kirby (July/august 1998) Spectral model for wave transformation and breaking over irregular bathymetry. Journal of waterway, port, coastal, and ocean engineering, pp. 191.
[39] Prasertsak Ekphisutsuntrn, Prungchan Wongwises, Chaiyuth Chinnarasri, Suphat Vongvisessomjai and Jiang Zhu (2010) The Application of Simulating Nearshore Model for Wave Height Simulation at Bangkhuntien Shoreline. American Journal of Environmental Sciences 6 (3), pp. 299-307, ISSN 1553-345X.
[40] Francesco Fedale, Felice Arena (2005) Weakly nonlinear staistics of high random waves. Physics Of Fluids.
[41] Zheng Guizhen, Huang Xuren, Xu Delun (2004) A discrete correction scheme for envelope approach of wave group statistics. Coastal Engineering.
[42] DAI Dejun, WANG Wei, QIAO Fangli, and YUAN Yeli (October 30 2007) The Equilibrium Rang of Wind Wave Spectra: an Explanation Based on White Noise. Oceanic and Coastal Sea Research, ISSN 1672-5182 Vol.6 No. 4, pp. 345-348.
[43] Yu Y. (2000) Random Wave and Its Applications for Engineering. Dalian University of Technology Press. pp. 181-188.
[44] Goda, Y. (1985) Random Seas and Design of Maritime Structures. University of Tokyo Press, pp. 281.
[45] Harald E. Krogstad and Øivind A. Arntsen (February 2000) Linear wave theory – Part B, Random waves and wave statistics. Norwegian University of Science and Technology Trondheim Norway.
[46] Sun Fu (Decembwr 1988) Statistical Distributions of Wave Characteristics for 3 – Dimensional Sea Waves. Vol. XXXI No. 12 Scientia Sinica (Series A).
[47] M. Tavangari Barzi, M. J. Khanjani (2011) An ultrasonic device to measure surface displacements of water and floating bodies. Ocean Engineering 38, pp. 419-425. [48] Ship Motion Measurement System (2011) Measurement of Ocean Wave Height and
Ship ‘s Motions. Engineering Korea.
[49] Bruehl, M. and Oumeraci, H. (3rd – tth, July, 2005) Comparative Analysis Of Wave Transmission Over an Ariticcifial Reef Using FFT, Wavelet And Hilbert – Huang –
Transfomerm. Ocean Waves Measurement and Analysis, Fifth International Symposium WAVES, Madrid, Spain.
[50] Tristan Pérez and Mogen Blanket Technical Report EE02037 Simulation of Ship Motion in Seaway.
[51] D. Rogers G. Bolton King Edinburgh Designs Ltd Wave generation using Ocean and wave.
[52] Dean & Dalrymble (1991) Water wave mechanics for engineers and scientists. Word Scientific.
[53] Ben T. Nohara (2000) A Survey of the Generation of Ocean Waves in a Test Basin. [54] Harald M. Brunnhofer (2005) Forced Capillary Gravity Water Waves in a 2D-
Rectangular Basin .
[55] Katsuya MAEDA, Norio HOSOTANI, Kenkichi TAMURA, Hirotomo ANDO Wave Making Properties of Circular Basin. Deep-sea Technology Research Group, Ocean and Ice Engineering Department, National Maritime Research Institute, Tokyo, Japan.
[56] Department of Oceanography, Texas A & M University Robert H. Stewart (July 30, 2007) Chapter 16-Ocean Waves.
[57] Joosen, W.P.A (1966) Added Resistance of Ship in Wave. The 6th Symposium on Naval Hydrodynamics,Washington D.C.
[58] Gerritsma, J.and Beukelman, W. (1972) Analysis of the Resistance Increase in Wave of a Fast Cargo Ship, ISP.
[59] Salvesen N (1979) Added Resistance of Ship in Wave. J. Hydronautics, vol 12.
[60] Inui T, Maruo H, Advances in Calculation of Wave – Making (1957) Resistance of Ships. The Society of Naval Architects of Japan, Vol 2.
[61] M. J. Ketabdari and A. Ranginkaman (June 2009) Simulation of Random Irregular Sea Waves for Numerical and Physical Models Using Digital Filters. Sharif University of Technology.
[62] Master of Science Thesis by Dag Abel Sveen (June 18. 2003) Robust and adaptive tracking control of surface vessel for synchronization with an ROV: Practical
implemention on Cybership II. Norwegian University of Science and Technology Department of Engineering Cybernetics, N – 7491 Trondheim, Norway.
[63] By Nils Salvesen, E. O. Tuck and Odd Faltinsen (1970) Ship Motion and Sea Loads. The Society Of Naval Architects and Marine Engineers.
[64] Morten Breivik (June 25. 2003) Nonlinear Maneuverring Control of Underactuated Ships. Norwegian University of Science and Technology Department of Engineering Cybernetics, N – 7491 Trondheim, Norway.
[65] Zhou Liu and Peter Frigaard (januar 2001) Generation and Analysis of Random waves. Laboratoriet for Hydraulik og Havnebygning, Instituttet for Vand, Jord og Miljoteknik Aalborg Universitet, 3. udgave.
[66] AutoChiefR Proplusion Control System. Kongsberg Norcontrol.
[67] Roger Skjetne (2005) The Maneuvering Problem. Faculty of Information Technology, Mathematics, and Electrical Engineering Department of Engineering Cybernetics, NTNU.
[68] Putov, N.E. (1973) Proextirovanie construcsii corpusa morskix sudov. Len. [69] Hubert Faÿ Dynamic positioning systems. Table 2.2, pp 22.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
[1] Phạm Thượng Hàn, Đào Quang Thủy, Trần Hồng Cầu (02-2011) Ứng dụng thuật toán logic mờ lai (F PID) để điều khiển tốc độ tàu thủy- . Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ quân sự, số 11, pp. 41-48.
[2] Đào Quang Thủy, Phạm Thượng Hàn (04-2011) Đo, xử lý sóng biển tổng hợp bằng phép phân tích phổ. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ quân sự, số 12, pp. 109-116.
[3] Đào Quang Thủy, Phạm Thượng Hàn (10-2011) Điều khiển thích nghi tốc độ tàu thủy theo năng lượng sóng biển. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ quân sự, số 15, pp. 09-16.
PHỤ LỤC
Phụ ụ l c 1. Các giá trị biên đ c a sóng điộ ủ ều hòa, sóng ngẫu nhiên và sóng tổng hợ đượp c đo trong b thử sóngể
Sóng điều hòa Sóng ngẫu nhiên Sóng tổng hợp Time 10 HW1 -0.008 Time 10 HW2 0.006 Time 10 HW3 -0.002 10.02 -0.003 10.02 0.004 10.02 0.001 10.04 0.001 10.04 0.002 10.04 0.003 10.08 0.011 10.08 -0.002 10.08 0.009 10.1 0.016 10.1 -0.004 10.1 0.012 10.12 0.02 10.12 -0.007 10.12 0.013 10.14 0.025 10.14 -0.009 10.14 0.016 10.16 0.029 10.16 -0.012 10.16 0.017 10.18 0.032 10.18 -0.014 10.18 0.018
10.26 0.04 10.26 -0.024 10.26 0.016 10.28 0.04 10.28 -0.026 10.28 0.014 10.3 0.039 10.3 -0.028 10.3 0.011 10.32 0.037 10.32 -0.029 10.32 0.008 10.34 0.035 10.34 -0.03 10.34 0.005 10.36 0.032 10.36 -0.031 10.36 0.001 10.38 0.028 10.38 -0.032 10.38 -0.004 10.4 0.024 10.4 -0.032 10.4 -0.008 10.42 0.02 10.42 -0.032 10.42 -0.012 10.44 0.015 10.44 -0.031 10.44 -0.016 10.46 0.01 10.46 -0.03 10.46 -0.02 10.48 0.006 10.48 -0.029 10.48 -0.023 10.5 0.001 10.5 -0.028 10.5 -0.027 10.52 -0.003 10.52 -0.026 10.52 -0.029 10.54 -0.007 10.54 -0.023 10.54 -0.03 10.56 -0.011 10.56 -0.021 10.56 -0.032 10.58 -0.015 10.58 -0.018 10.58 -0.033 10.6 -0.018 10.6 -0.015 10.6 -0.033 10.62 -0.022 10.62 -0.011 10.62 -0.033 10.64 -0.024 10.64 -0.007 10.64 -0.031 10.66 -0.027 10.66 -0.003 10.66 -0.03 10.68 -0.029 10.68 0 10.68 -0.029 10.7 -0.03 10.7 0.005 10.7 -0.025 10.72 -0.032 10.72 0.009 10.72 -0.023 10.74 -0.032 10.74 0.013 10.74 -0.019 10.76 -0.032 10.76 0.018 10.76 -0.014 10.78 -0.032 10.78 0.022 10.78 -0.01 10.8 -0.031 10.8 0.027 10.8 -0.004 10.82 -0.03 10.82 0.031 10.82 0.001 10.84 -0.029 10.84 0.036 10.84 0.007 10.86 -0.027 10.86 0.04 10.86 0.013 10.88 -0.024 10.88 0.043 10.88 0.019 10.9 -0.021 10.9 0.047 10.9 0.026 10.92 -0.018 10.92 0.05 10.92 0.032 10.94 -0.015 10.94 0.052 10.94 0.037 10.96 -0.011 10.96 0.054 10.96 0.043 11 -0.002 11 0.056 11 0.054 11 02 0 003 11 02 0 055 11 02 0 058 11.04 0.008 11.04 0.055 11.04 0.063 11.06 0.013 11.06 0.053 11.06 0.066 11.08 0.017 11.08 0.051 11.08 0.068 11.1 0.022 11.1 0.048 11.1 0.07 11.12 0.026 11.12 0.045 11.12 0.071 11.14 0.03 11.14 0.041 11.14 0.071 11.16 0.033 11.16 0.036 11.16 0.069
11.18 0.036 11.18 0.031 11.18 0.067 11.2 0.038 11.2 0.026 11.2 0.064 11.22 0.04 11.22 0.02 11.22 0.06 11.24 0.04 11.24 0.014 11.24 0.054 11.26 0.04 11.26 0.008 11.26 0.048