Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysMLModelica và Automate lai

Mục đích nghiên cứu của luận án là nhằm đưa ra mô hình quản trị yêu cầu, phân tích, thiết kế, mô phỏng và thực thi một cách hiệu quả hệ thống điều khiển các thiết bị tự hành dưới nước AUV/ASV (ví dụ: tàu ngầm, ngư lôi, rô-bốt hoạt động dưới nước, các thiết bị phục vụ hải quân với mục đích quân sự, tàu thủy tự vận hành...) dựa trên phương pháp cụ thể hóa cách tiếp cận kiến trúc hướng đối tượng hướng theo mô hình (MBSE) bằng ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống SysML kết hợp ngôn ngữ mô phỏng hướng đối tượng Modelica với Automate lai.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysMLModelica và Automate lai MỞ ĐẦUi. Tính cấp thiết của đề tài Trong kỷ nguyên công nghệ và nền kinh tế đa chiều, việc phát triểncác hệ thống động lực công nghiệp có một vai trò quan trọng trong quátrình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và bảo vệ đất nước. Hệ thống điềukhiển công nghiệp là một phần của lĩnh vực sản xuất công nghiệp, nó ngàycàng được nhiều doanh nghiệp sử dụng và phát triển để góp phần tạo ragiá trị cạnh tranh. Một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, công nghệ tàu thủyvà kỹ thuật dưới nước đang được phát triển rất nhanh tại nước ta. Nhiềunhà máy và xí nghiệp chế tạo tàu thủy đã phải nhập khẩu từ nước ngoàinhiều thiết bị để chế tạo những tàu lớn và hiện đại; đặc biệt là phải nhậpkhẩu những thiết bị điều khiển, ví dụ: hệ thống lái tàu thủy tự động có điềukhiển theo chương trình, hệ thống điều khiển từ xa cho buồng máy… Nhưthế, chi phí để hoàn thành một thiết bị dưới nước sẽ rất cao. Hơn thế nữa, do đặc thù địa lý, việc nghiên cứu tác động của môitrường biển tới đời sống kinh tế xã hội của dân sinh rất cần thiết đối vớinước ta, ví dụ như cảnh báo thiên tai và sóng thần, khảo sát hệ sinh tháidưới biển, vận tải biển bằng tàu thủy cũng như việc phát triển các trangthiết bị cho hải quân trong quân sự. Các hoạt động trên đòi hỏi phải có các phương tiện tự hành dướinước AUV/ASV thì mới đáp ứng được mục tiêu bảo đảm an ninh và khaithác tài nguyên biển một cách bền vững. Điều này có được là do các đặctính cơ bản về an toàn và hiệu quả chi phí khi so sánh với thiết bị có ngườilái. Thiết bị AUV/ASV không yêu cầu điều hành của con người, nó phảichịu các điều kiện và các mối nguy hiểm vốn có trong môi trường dướinước. Chi phí hiệu quả về cả thời gian và các khía cạnh tài chính đượcxuất phát từ một thiết bị nhỏ hơn nhiều, không chứa các hệ thống con khácnhau cần thiết để duy trì cuộc sống trong khi dưới nước cũng như các cơcấu truyền động nhỏ hơn so với một thiết bị có người lái, vì vậy yêu cầuthực hiện bảo trì thường xuyên cần thiết sẽ nhỏ hơn. Với các đặc trưng nổibật trên đây, các loại AUV/ASV đã được sử dụng thành công và hiệu quảtrong ngành công nghệ hàng hải tại rất nhiều nước trên thế giới cho cảmục đích dân sự và quân sự. Do đó, việc nghiên cứu sản xuất các thiết bị này trong nước, đặc biệtlà hệ thống điều khiển, sẽ tăng được tính chủ động trong sản xuất hàngloạt, giảm chi phí nhập khẩu từ nước ngoài và hạn chế được việc lệ thuộcvào bí mật công nghệ đặc biệt là trong lĩnh vực quân sự. Xuất phát từ tính cấp thiết đã trình bày trên đây, cùng với sự hướngdẫn của tập thể các thầy hướng dẫn, NCS đã thực hiện luận án với tiêu đề:“Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 1điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML-Modelica và Automate lai”.ii. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tàiMục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận án là nhằm đưa ra mô hình quản trịyêu cầu, phân tích, thiết kế, mô phỏng và thực thi một cách hiệu quả hệthống điều khiển các thiết bị tự hành dưới nước AUV/ASV (ví dụ: tàungầm, ngư lôi, rô-bốt hoạt động dưới nước, các thiết bị phục vụ hải quânvới mục đích quân sự, tàu thủy tự vận hành...) dựa trên phương pháp cụthể hóa cách tiếp cận kiến trúc hướng đối tượng hướng theo mô hình(MBSE) bằng ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống SysML kết hợp ngôn ngữmô phỏng hướng đối tượng Modelica với Automate lai. Kết quả nghiên cứu cần đạt được là làm chủ công nghệ tích hợphướng đối tượng có thể tùy biến và tái sử dụng một cách nhanh chóng chocác ứng dụng điều khiển các thiết bị tự hành dưới nước khác nhau với hiệunăng điều khiển và an ninh cao. Nhờ đó, việc chuyển giao công nghệ ứngdụng có thể sẽ được thực hiện một cách dễ dàng cho việc sản xuất ở trongnước.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là thiết bị tự hành dưới nướckhông người lái AUV/ASV với các thông số kỹ thuật mô tả trên bảng 1.2.Các nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuậtThủy khí và Tàu thủy, viện Cơ khí Động Lực, Trường đại học Bách khoaHà nội. Do điều kiện hạn chế về thời gian cũng như chi phí về thiết bị (đặcbiệt là các trang thiết bị, các cảm biến thích hợp phục vụ cho việc truyềnthông dưới nước tích hợp trên AUV/ASV), phạm vi nghiên cứu của luậnán được giới hạn như sau: - Thiết bị AUV/ASV được chế tạo và thử nghiệm trong bể thử giớihạn trong phạm vi 3 bậc tự do trên mặt phẳng ngang để đánh giá về tính tựhành là khả năng bám quỹ đạo định trước và ổn định hướng đi. - Nhiễu do ảnh hưởng của môi trường là nhiễu gây ra do sóng tuyếntính phổ bậc hai, không xét đến ảnh hưởng của dòng chảy và ảnh hưởngcủa gió; Tín hiệu nhiễu được đư ...