Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái

Mục tiêu của luận án là việc sử dụng các chuẩn để phân tích, thiết kế và thi hành hệ thống điều khiển công nghiệp cần phải được xét đến; việc tùy biến và tái sử dụng các mô đun điều khiển MUAV đã phát triển được áp dụng cho ứng dụng UAV mới là 3 quan trọng, nhằm giảm chi phí tài chính và thời gian trong vòng đời phát triển sản phẩm công nghiệp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái MỞ ĐẦU1. Tính cấp thiết của đề tài Nghiên cứu và phát triển các hệ thống lái tự động đã đượccác hãng hàng không trên thế giới triển khai ứng dụng từ rất lâu trêncác loại máy bay được sử dụng trong lĩnh vực dân sự và quân sự.Tất cả các loại máy bay hiện tại của các hãng hàng không lớn, như:Airbus, Boeing và Locked Martin đều được trang bị hệ thống lái tựđộng hiện đại và độ tin cậy cao. Tương tự như vậy, các hệ thống láinày cũng được phát triển và triển khai cho các sản phẩm là phươngtiện bay không người lái (máy bay không người lái - UAV) nhằmphục vụ cho các mục đích khác nhau, như:+ Lĩnh vực quân sự: UAV được sử dụng làm các mục tiêu di độngtrên không, quan sát vùng lãnh thổ, biên giới và do thám.+ Lĩnh vực dân sự: - Giao thông: UAV tham gia vào quá trình giám sát cácphương tiên giao thông đang lưu hành trên đường bộ và đường thủy. - Địa chính: UAV dùng để quan sát, xác định địa giới giữacác vùng và thiết lập bản đồ. - Các ngành khác: UAV tham gia vào việc quan sát tại cácđịa hình khó và phức tạp mà con người khó có thể có mặt trực tiếp,như: quan sát các vùng cháy rừng, địa điểm có độc tố và phóng xạ. Trong những năm gần đây, loại phương tiện bay khôngngười lái siêu nhỏ (MUAV) đã được phát triển nhanh chóng ở nướcta nhằm có thể mang lại nhiều ứng dụng trong lĩnh vực dân sự vàquân sự, như là giám sát và phân luồng giao thông trong đô thị, tuầntra biển đảo, cảnh báo và cứu hộ trong lâm nghiệp. Nó cũng có thểmở ra các hướng nghiên cứu mới nhằm triển khai các ứng dụngkhác nhau; đặc biệt, các nghiên cứu này có thể cho phép phát triểncác dạng rô bốt bay tự hành không người lái lớn hơn nhằm ứngdụng cho các nhiệm vụ trong lĩnh vực quân sự. Trong đó, loại UAV dạng nhiều cánh quạt mang (ví dụ: Q-UAV) được quan tâm và phát triển mạnh bởi vì nó có chế độ cấtcánh, hạ cánh thẳng đứng, vận hành đơn giản và an toàn hơn. Ngoàira, lực đẩy được tạo ra bởi các cánh quạt có thể dễ dàng xác lập ratrạng thái ổn định lơ lửng trên không để phục vụ cho mục đích thuphát dữ liệu và quan sát mục tiêu tại vị trí xác định đặt trước. Đã cómột số ứng dụng điều khiển cho UAV dạng nhiều cánh quạt mang 1được phát triển ở nước ta, tuy nhiên vấn đề điều khiển và ổn địnhbám quỹ đạo bay một cách tự hành của loại phương tiện bay này cầnphải được xem xét, bởi vì mô hình động lực học phi tuyến của nó rấtphức tạp và được gắn chặt với các chế độ hoạt động cũng như antoàn của toàn bộ hệ thống. Ngoài ra, việc điều khiển UAV hiện tạimới đang được phát triển chủ yếu ở trong nước bởi điều khiển từ xabằng tay thông qua sóng radio. Việc chế tạo hệ thống điều khiển tựđộng cho phép UAV hoàn toàn có thể tự hành bám theo quỹ đạomong muốn vẫn chưa được triển khai diện rộng ở nước ta; nhưngcác UAV loại này lại đang được rất nhiều các tổ chức trong nướcquan tâm, như là: Bộ quốc phòng, Cảnh sát biển và Biên phòng, BộTài nguyên và Môi trường.2. Mục đích Trên thế giới và trong nước đã có nhiều công trình nghiêncứu khoa học được thực hiện về thiết kế và chế tạo hệ thống điềukhiển cho MUAV tự hành nói chung và Q-UAV nói riêng; MUAVcó thể hoạt động được một cách tự hành, cấu trúc điều khiển của nóđòi hỏi có ba hệ thống chính: Hệ thống dẫn đường nhằm đưa ra quỹđạo cho phương tiện chuyển động bám theo; hệ thống định vị để xácđịnh các trạng thái hiện tại của phương tiện; hệ thống điều khiểnnhằm tính toán và áp dụng theo mô hình động lực học tương ứngvới các chế độ hoạt động khác nhau của phương tiện. Trong luận ánnày, hệ thống điều khiển MUAV được mô tả bởi các mô hình liêntục, mô hình sự kiện rời rạc và tác động qua lại giữa chúng, như là:các chuyển động theo hướng RPY, cao độ và vị trí mặt ngang khácnhau, các sự kiện và tín hiệu tương tác với hệ thống dẫn đường vàđịnh vị, các tác động nhiễu loạn đến từ môi trường xung quanh; hệthống điều khiển có đặc điểm như thế có thể được xem như là hệthống động lực lai (HDS). Các mô hình liên tục/rời rạc và tương tácgiữa chúng có thể được mô hình hóa thông qua cụ thể hóa Automatelai và cần phải được thực thi kèm theo các giả thuyết xác nhận tínhhợp lệ nhằm kiểm tra về an toàn và hiệu năng của toàn bộ hệ thốngtại mọi thời điểm hoạt động. Bên cạnh đó, việc sử dụng các chuẩnđể phân tích, thiết kế và thi hành hệ thống điều khiển công nghiệpcần phải được xét đến; việc tùy biến và tái sử dụng các mô đun điềukhiển MUAV đã phát triển được áp dụng cho ứng dụng UAV mới là 2quan trọng, nhằm giảm chi phí tài chính và thời gian trong vòng đờiphát triển sản phẩm công nghiệp.3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Để đáp ứng được các mục đích chính trên đây, các phươngpháp phát triển hướng mô hình hóa hướng đối tượng đã cho phéptạo ra các bản thiết kế trực quan và có khả ...