Điều khiển phi tuyến phương tiện ngầm ứng dụng đại số gia tử

Bài viết trình bày việc đề xuất một bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử theo dõi mục tiêu theo hướng dựa trên các phép đo của các cảm biến và ứng dụng nó để theo dõi PTN.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển phi tuyến phương tiện ngầm ứng dụng đại số gia tửKỹ thuật điều khiển & Điện tử ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN PHƯƠNG TIỆN NGẦM ỨNG DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ Phạm Văn Phúc1, Nguyễn Quang Vịnh2* Tóm tắt: Bộ điều khiển mờ đã thành công với các đối tượng không biết trước mô hình toán học, có nhiều thông tin không đầy đủ. Đại số gia tử là cách tiếp cận mới trong tính toán của logic mờ và đã đạt được một số thành công trong lĩnh vực điều khiển. Nếu thiết kế tốt thì bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử có thể thích hợp với đối tượng phi tuyến nên có khả năng ứng dụng được trong các lĩnh vực khác nhau. Việc kiểm nghiệm thành công bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử trên phương tiện ngầm (PTN) sẽ mở ra khả năng ứng dụng một lý thuyết mới trong việc thiết kế các hệ thống tự động. Trong bài báo này, nhóm tác giả sẽ đề xuất một bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử theo dõi mục tiêu theo hướng dựa trên các phép đo của các cảm biến và ứng dụng nó để theo dõi PTN.Từ khóa: Đại số gia tử, Điều khiển phi tuyến, Phương tiện ngầm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Việc điều khiển PTN theo quĩ đạo chính xác và bền vững với môi trường là một trongnhững bài toán quan trọng và cần thiết trong quá trình thiết kế chế tạo PTN. Một vài kếtquả nghiên cứu trước đây dựa trên giả thiết mô hình động học tường minh lấy từ các kếtquả kinh nghiệm. Trong khi các bộ điều khiển này cần phải có được hiệu quả điều khiểntốt nhất, mô hình kinh nghiệm thường không chính xác, khó thực hiện, kết quả điều khiểnmang lại đối với một mô hình không biết chính xác không cao. Kết quả trong [2] sử dụngphương pháp thích nghi kinh điển và bộ điều khiển chuyển mạch rời rạc để bù các thànhphần phi tuyến đã tuyến tính hoá. Để so sánh với những kết quả điều khiển kiểu thích nghikinh điển, các nghiên cứu [5] đã ứng dụng logic mờ và mạng nơ ron làm các phương thứccơ bản để xấp xỉ các thành phần động học không tường minh gồm cả các nhiễu loạn bổsung (và không giả định là các thành phần này tuyến tính); Tuy nhiên, sự tồn tại của nhiễubên ngoài và sai số vốn có của hàm xấp xỉ làm cho kết quả bám cuối cùng bị chặn. Kết quảtrình bày trong [4] sử dụng điều khiển chế độ trượt như một công cụ hỗ trợ để ước lượngsai số trạng thái tĩnh, các bộ điều khiển trượt cho kết quả bền vững tốt, song bộ điều khiểnlà rời rạc. Công trình [8] các tác giả mới dừng lại nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển mờ-thích nghi cho ngõ ra một dạng PTN tự hành. Đại số gia tử (Hedge Algebra - HA) giải quyết hiệu quả các vấn đề trong những môitrường không chắc chắn nên các nhà nghiên cứu có hướng tới việc ứng dụng trong lĩnhvực điều khiển và tự động hóa. HA đã được nghiên cứu trong một số bài toán nhận dạng,chẩn đoán và đã có những thành công đáng kể trong lĩnh vực điều khiển (áp dụng cho mộtsố bài toán xấp xỉ và điều khiển mô hình đơn giản [6,7]) . Tuy nhiên, sử dụng HA vào bàitoán điều khiển vẫn còn là vấn đề khá mới mẻ. Việc nghiên cứu áp dụng bộ điều khiển sửdụng HA thành công sẽ khẳng định thêm hiệu quả của lý thuyết HA, mở ra khả năng ứngdụng trong thực tế. 2. ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA PTN Xem xét mô hình toán học của PTN 5 bậc tự do chuyển động dưới nước khi không cótác động của nhiễu loạn môi trường [9]: x  u cos( ) cos( )  v sin( )  w cos( ) sin( ) y  u sin( ) cos( )  v cos( )  w sin( ) sin( ) z  u sin( )  w cos( )40 P. V. Phúc, N. Q. Vịnh, “Điều khiển phi tuyến phương tiện ngầm ứng dụng đại số gia tử.”Nghiên cứu khoa học công nghệ   q (1) m22 m 1 u  vr  33 wq  fu (u )   eu (t ) m11 m11 m11 m11 1 v   ur  f v (v)   ev (t ) m22 m22 m11 1 w  uq  f w ( w)   ew (t ) m33 m33 m33  m11 pg GM L sin( ) 1 1 q  uw  f q (q )   q   eq (t ) (2) m55 m55 m55 m55 m11  m22 1 1 r  uv  f r (r )  r   er (t ) m66 m66 m66 Trong đó: x, y và z biểu diễn toạ độ Đề các của khối tâm PTN;  ,  , và  biểu diễncác hướng theo 3 trục PTN là nghiêng ngang, nghiêng dọc và góc hướng trong hệ tọa độtrái đất; u , v và w lần lượt là tốc độ dịch dọc, dịch ngang và lên xuống; p, q, r là vận tốcgóc tương ứng trong hệ tọa độ mang. Các đại lượng u ,  q và  r là các đầu vào mô ...