3 HỆ THỐNG TRÒNH VA CHẠM
3.4 Chế độ phản ứng hành vi
Khi số lượng TS tham gia tình huống va chạm tăng lên, thì chế độ hoạch định chủ động sẽ bị q tải bởi vì bài tốn trở nên rất phức tập để tạo và tối ưu ECCT. Chưa kể đến TE sẽ mất đi tính bất biến khi vận tốc và hướng của TS thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, TE vẫn còn giá trị sử dụng trong chế độ phản ứng hành vi kể cả khi khơng tính bất biến. Thứ nhất, bởi vì vận tốc và hướng của TS khơng thay đổi quá nhiều trong một khoảng thời gian ngắn do giới hạn động lực học nên các vùng dự đoán sẽ va chạm vẫn đáng tin cậy. Thứ hai, sự tích lũy sai số dự đốn có thể được giảm thiểu bằng cách cập nhật liên tục theo trạng thái của TS. Hơn nữa, việc tính tốn TE khơng tốn nhiều thời gian nên sẽ không ảnh hưởng chất lượng của chế độ phản ứng hành vi trong thời gian thực. Cuối cùng, hiệu suất tránh va chạm với vật cản động của phương pháp APF truyền thống có thể được cải thiện nhờ tích hợp thêm TE. Về bản chất, trường thế của APF sẽ tạo động lực cho OS di chuyển ra xa vùng va chạm. Đối vật cản tĩnh thì vùng va chạm chính là vùng khơng gian bị chiếm bởi nó. Đối với vật cản động, thì vùng va chạm có thể được dự đốn TE, do đó ta có thể xây dựng một trường thể xunh quanh TE để điều khiển OS tránh xa TE hay tránh va chạm với vật cản động. Như vậy, ta kết hợp trường thế (2.9) và TE (3.8) thành một trường thế mới có tên là trường thế ê-líp (Threat Ellipse-based
Luận Văn Thạc Sĩ 33 CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG TRÒNH VA CHẠM
Potential Field - TEPF):
UrepT E = 1 2ηρe1 − ρe10 2 nếu ρe < ρe0
0 nếu ngược lại
(3.23)
với ρe =qE(x, y) = r
(cosδ(x−cx)−sinδ(y−cy))2
a2 + (sinδ(x−cx)+cosδ(y−cy))2
b2 , ρe0 là vùng ảnh hưởng của threat ellipse.
Tử (3.23), ta tính lực đẩy của TEPF:
FrepT E = −∇UrepT E = ηa2b12ρ3 e 1 ρe − ρe10 RT E⃗nes nếu ρe < ρe0
0 nếu ngược lại
(3.24) trong đó RT E = h b2c2δ+a2 s2 δ (a2 −b2 )cδsδ (a2 −b2 )cδsδ a2 c2 δ+b2 s2 δ i
, cδ = cos(δ), sδ = sin(δ), ⃗nes là vector hướng từ tâm của threat ellipse đến OS.
Ngồi ra, mơ hình TEPF cịn đề xuất một thành phần ly tâm FcenT E vng góc
Hình 3.4: Minh họa lực đẩy của TEPF.với FrepT E và được định nghĩa như sau: với FrepT E và được định nghĩa như sau:
FcenT E = h 0 1 −1 0 i FrepT E nếu hz >0 h 0−1 1 0 i
FrepT E nếu ngược lại
(3.25)
Hình 3.5: Minh họa lực ly tâm của TEPF.trong đó hz là thành phần z của vector⃗h = [⃗nes,0]×[⃗neg,0]. trong đó hz là thành phần z của vector⃗h = [⃗nes,0]×[⃗neg,0].
Lực tổng hợp tác dụng lên OS là:
Ftotal = [Ftotal,y, Ftotal,x]T =Fatt + Σnobs
i=1FrepT Ei+ωΣnobs
i=1FT Eicen (3.26) với nobs là số vật cản,ω là hệ số dương. Từ Ftotal, ta tính ra được giá trị đặt của góc hướng và vận tốc như sau:
uc = ∥Ftotal∥
ψc = arctan 2(Ftotal,y, Ftotal,x)
Chương 4
ĐIỀU KHIỂN BÒM QUỸ ĐẠO
Trong chương này, luật điều khiển sẽ được thiết kế sao cho USV có thể bám chính xác theo quỹ đạo với sai số bám luôn bị giới hạn trong một ngưỡng cho trước, tức là q trình q độ cũng được kiểm sốt. Việc biết trước sai số ln bị giới hạn trong một ngưỡng biết trước có ý nghĩa rất đối với bài toán hoạch định quỹ đạo tránh va chạm, vì lúc này ta có thể xác định chính xác khoảng dự trù mà vùng an tồn của USV phải mở rộng để đảm bảo sự an toàn USV trong quá trình tránh va chạm. Bài tốn thiết kế luật điều khiển bám quỹ đạo có thể chia thành hai bước chính: (i) Thiết kế luật điều khiển ảo (luật điều hướng) điều khiển mơ hình động học USV bám chính xác theo quỹ đạo; (ii) Thiết kế luật điều khiển mơ hình động lực học sao cho ổn định tồn hệ thống.