Thiết kế bộ điều khiển Backstepping cho thiết bị lặn tự hành

Bài viết này đề xuất về một thuật toán điều khiển dựa trên kỹ thuật Backstepping để điều khiển vị trí, góc điều hướng và độ sâu của tàu bám theo giá trị đặt mong muốn. Các kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp điều khiển đề xuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ điều khiển Backstepping cho thiết bị lặn tự hành P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING CHO THIẾT BỊ LẶN TỰ HÀNH DESIGNING A BACKSTEPPING CONTROLLER FOR AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLES Vũ Văn Quang1, Đinh Anh Tuấn1, Lê Xuân Hải2,*, Kim Đình Thái2, Trần Việt Hoàng3, Nguyễn Anh Đức3 dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến để đáp ứng TÓM TẮT yêu cầu cấp thiết là giảm mức tiêu hao năng lượng để Điều khiển phương tiện chuyển động ngầm không người lái AUV giảm giá thành vận chuyển. Phần lớn các công trình công (Autonomous Underwater Vehicles) trong điều kiện thực tế đang là một thách bố dựa trên điều khiển tối ưu toàn phương (LQR hoặc thức hiện nay. AUV là một hệ thống thiếu chấp hành và thường bị ảnh hưởng của LQG) [3, 4, 5]. Nhược điểm cơ bản của các phương pháp nhiễu bên ngoài không biết trước như gió, dòng chảy, mật độ lưu lượng nước. Bài này là phải biết chính xác mô hình toán học của hệ thống, báo này đề xuất về một thuật toán điều khiển dựa trên kỹ thuật Backstepping để nhưng trong thực tế các phương tiện hàng hải là các đối điều khiển vị trí, góc điều hướng và độ sâu của tàu bám theo giá trị đặt mong tượng bất định (dưới dạng tham số hoặc hàm số), ngoài ra muốn. Các kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink đã chứng minh chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiễu môi trường. Do vậy tính hiệu quả của phương pháp điều khiển đề xuất. những năm gần đây lý thuyết điều khiển thích nghi được Từ khóa: Thiết bị lặn tự hành, điều khiển Backstepping, phương pháp quan tâm nghiên cứu nhiều hơn cho các hệ thống này [6, điều khiển. 8, 9, 10, 11]. Thập niên cuối của thế kỷ XX bùng nổ các nghiên cứu về điều khiển phi tuyến, đặc trưng là ứng ABSTRACT dụng hàm điều khiển thích nghi Lyapunov cho hệ thống Controlling autonomous underwater vehicles (AUVs) is a current research lái tàu [7, 12, 13, 14]. Hướng nghiên cứu này mang lại challenge in reality. AUV is an underactuated system. In addition, it is often nhiều thành công trong điều khiển các đối tượng phi affected by unpredictable external disturbances such as wind, flow, and water tuyến có mô hình bất định kiểu hằng số. density. This paper proposed a novel controller based on the Backstepping Hiện nay đối với các hệ thống phi tuyến bất định kiểu technique to control position, navigation angle, and ship’s depth as desired. The hàm số và chịu ảnh hưởng của nhiễu môi trường thì các simulation results on Matlab/Simulink software show that the effectiveness of phương pháp điều khiển hiện đại được áp dụng nhằm mục the proposed control method. đích nâng cao chất lượng luôn là những thách thức với các Keywords: Autonomous Underwater Vehicles, Backstepping controller, nhà khoa học. Đó cũng là động lực cho việc lựa chọn control method. nghiên cứu của nhóm tác giả trong bài báo này. 1 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ TÀU LẶN S-AUV Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2 Viện Công nghệ HaUI, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2.1. Mô hình động lực học thiết bị lặn tự hành AUV 4 bậc 3 Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tự do * Email: hailx@haui.edu.vn Đối với một thiết bị hoạt động trong môi trường nước Ngày nhận bài: 15/6/2021 thì việc điều khiển chính xác các vị trí, tọa độ của cả 6 bậc là Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 01/8/2021 hết sức phức tạp [1, 2]. Để đơn giản hóa đối với các loại thiết bị lặn tự hành cỡ nhỏ ta có thể bỏ 2 bậc tự do không Ngày chấp nhận đăng: 25/8/2021 cần thiết là: góc θ (chuyển động quay lật) và góc Φ (chuyển động quay lắc), thì phương trình chuyển động của thiết bị 1. GIỚI THIỆU lặn tự hành AUV gồm 4 bậc tự do được biểu diễn qua các Những năm đầu của thế kỷ XX cho đến nay, những đại lượng (động cơ đẩy, một cánh lái hướng, hai cánh lái nghiên cứu về hệ thống điều khiển UAV được quan tâm phụ để lặn nổi). Tuy nhiên trong quá trình điều khiển vẫn và phát triển không ngừng. Từ thập niên 20 đến thập niên đảm bảo được yêu cầu ...