Tên luận án:
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO ROBOT LẶN TỰ HÀNH
Ngành:
KHOA HỌC HÀNG HẢI
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "Nghiên cứu điều khiển thích nghi cho robot lặn tự hành" giải quyết những thách thức trong việc điều khiển phương tiện lặn tự hành (AUV) trong môi trường phức tạp, đặc biệt là với tính phi tuyến cao và ảnh hưởng của nhiễu loạn bên ngoài. Các phương pháp điều khiển truyền thống như PID tuy phổ biến nhưng đòi hỏi mô hình động học chính xác, điều này khó khăn với AUV 6 bậc tự do. Đề tài tập trung vào việc cải tiến chất lượng điều khiển bằng cách tích hợp lý thuyết điều khiển thông minh, cụ thể là mạng nơ-ron nhân tạo (ANN), nhằm phát triển các bộ điều khiển PID thông minh có tính bền vững và không yêu cầu mô hình toán học chính xác của đối tượng.
Mạng nơ-ron nhân tạo được lựa chọn vì khả năng giải quyết các vấn đề điều khiển phức tạp, đối phó với hệ thống phi tuyến cao và môi trường không dự đoán được, cùng với khả năng tính toán nhanh. Nghiên cứu này có ý nghĩa cấp thiết đối với Việt Nam trong bối cảnh phát triển ngành vận tải biển, khai thác tài nguyên và củng cố an ninh quốc phòng, đòi hỏi sự tự chủ về công nghệ điều khiển AUV tiên tiến.
Mục đích chính của luận án là phát triển và ứng dụng bộ điều khiển nơ-ron thích nghi cho hệ thống điều khiển hướng đi và độ sâu của AUV, từ đó nâng cao chất lượng điều khiển và thiết kế thử nghiệm trên mô phỏng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các thuật toán điều khiển nơ-ron và điều khiển thích nghi dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo, sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và đánh giá hiệu quả, đồng thời so sánh với bộ điều khiển PID truyền thống.
Các đóng góp mới của luận án bao gồm hệ thống hóa lý thuyết và thực tiễn điều khiển AUV toàn cầu và tại Việt Nam, đề xuất bộ điều khiển nơ-ron thích nghi (BĐK NNC) trực tuyến cho các tình huống chuyển động của AUV, khảo sát các thuật toán điều khiển trong mô phỏng thực tế, và đề xuất hệ thống dẫn đường AUV sử dụng BĐK NNC với khả năng thích nghi tăng cường. Kết quả mô phỏng trên máy tính minh chứng hiệu quả của các BĐK NNC trong việc điều khiển hướng đi, độ sâu và tốc độ của AUV, kể cả khi có dòng chảy tác động. Hạn chế của đề tài là chưa kịp tiến hành thực nghiệm trên mô hình AUV thực tế, mở ra hướng phát triển trong tương lai về việc ứng dụng BĐK NNC cho các đối tượng AUV đa dạng hơn và phát triển điều khiển nhóm AUV.
Mục lục chi tiết:
Mở đầu
- 1. Tính cấp thiết của đề tài
- 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- 4. Phương pháp nghiên cứu
- 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- 6. Những điểm đóng góp mới của luận án
- 7. Kết cấu của luận án
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT LẶN TỰ HÀNH (AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE)
- 1.1. Tổng quan về robot lặn tự hành AUV (Autonomous Underwater Vehicle)
- 1.1.1 Các ứng dụng của AUV trên thế giới
- 1.1.2 Các ứng dụng của AUV tại Việt Nam
- 1.1.3 Mô hình toán học và phương trình động học tổng quát của AUV
- 1.2 Tổng quan về điều khiển AUV hiện nay
- 1.2.1 Các nghiên cứu về điều khiển AUV trên thế giới
- 1.2.2 Các nghiên cứu về điều khiển AUV tại Việt Nam
- 1.3 Kết luận chương 1
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN NƠ-RON THÍCH NGHI THIẾT BỊ LẶN TỰ HÀNH
- 2.1 Mạng nơ-ron nhân tạo
- 2.1.1 Tổng quan về mạng nơ-ron nhân tạo trong điều khiển
- 2.1.1.1 Cấu trúc của mạng nơ-ron
- 2.1.1.2 Các hình trạng của mạng
- 2.1.1.3 Các luật học của mạng nơ-ron nhân tạo
- 2.1.2 Điều khiển tự động dùng mạng nơ-ron nhân tạo
- 2.2 Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo điều khiển AUV
- 2.3 Kết luận chương 2
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NƠ-RON THÍCH NGHI CHO ROBOT LẶN TỰ HÀNH
- 3.1 Mô hình toán học AUV sử dụng trong nghiên cứu
- 3.1.1 Cấu tạo của mô hình NPS AUV II
- 3.1.2 Mô hình toán học AUV
- 3.2 Mạng nơ-ron thích nghi trong điều khiển
- 3.2.1 Bộ điều khiển nơ-ron thích nghi tương tác
- 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển nơ-ron cho AUV
- 3.3.1 Điều khiển riêng biệt các chuyển động của AUV
- 3.3.2 Thiết kế bộ điều khiển nơ-ron cho các hệ thống con
- 3.3.3 Điều khiển tổng hợp các chuyển động của AUV bằng phương pháp tách rời (decoupled control)
- 3.4 Hệ thống điều khiển dẫn đường AUV và thực hiện các nhiệm vụ dưới nước
- 3.4.1 Điều khiển AUV theo quỹ đạo đặt trước
- 3.4.2 Điều khiển AUV bám theo địa hình đáy
- 3.5 Các phương án thích nghi cho hệ thống điều khiển AUV
- 3.5.1 Mô hình dòng chảy tác động lên AUV
- 3.5.2 Thích nghi với tác động của dòng chảy
- 3.6 Kết luận chương 3
CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN AUV BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN NƠ-RON THÍCH NGHI
- 4.1 Giới thiệu phương pháp và điều kiện mô phỏng
- 4.1.1 Phương pháp mô phỏng
- 4.1.2 Điều kiện mô phỏng
- 4.2 Mô phỏng điều khiển các chuyển động của AUV
- 4.2.1 Điều khiển hướng
- 4.2.2 Điều khiển hướng, độ sâu và góc chúi
- 4.2.3 Điều khiển hướng đi, độ sâu và tốc độ
- 4.2.4 Điều khiển tổng hợp các chuyển động khi có dòng chảy
- 4.3 Mô phỏng điều khiển dẫn đường AUV và thực hiện các nhiệm vụ dưới nước
- 4.3.1 Điều khiển AUV theo quỹ đạo đặt trước
- 4.3.2 Điều khiển AUV bám theo địa hình đáy
- 4.4 Mô phỏng điều khiển AUV thích nghi với ngoại cảnh
- 4.4.1 Điều khiển AUV dưới tác động của dòng chảy
- 4.4.2 Điều khiển AUV thích nghi với tác động của dòng chảy
- 4.5 Kết luận chương 4
KẾT LUẬN
- 1 Các kết quả đạt được của đề tài
- 2 Những ưu điểm và hạn chế của đề tài
- 3 Hướng phát triển tiếp theo của lĩnh vực nghiên cứu