Luận án Tổng hợp bộ điều khiển trượt thích nghi cho phương tiện nổi tự hành trên cơ sở mạng nơ ron nhân tạo

Tên luận án:

TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT THÍCH NGHI CHO PHƯƠNG TIỆN NỔI TỰ HÀNH TRÊN CƠ SỞ MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO

Ngành:

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu và phát triển các bộ điều khiển chuyển động cho phương tiện nổi tự hành (USV), một đối tượng có tính phi tuyến mạnh, hoạt động trong môi trường có nhiễu tác động không biết trước và thường được chế tạo với dạng thiếu cơ cấu chấp hành. Các đặc điểm này gây khó khăn đáng kể trong việc thiết kế các bộ điều khiển hiệu quả. Mục tiêu chính của luận án là đề xuất các bộ điều khiển phi tuyến hiện đại để điều khiển chuyển động cho USV, đặc biệt là khả năng bám quỹ đạo, trong các điều kiện chịu ảnh hưởng của nhiễu môi trường.

Nội dung nghiên cứu bao gồm việc phân tích mô hình động học và động lực học của USV, đồng thời đánh giá chi tiết các tác động của nhiễu môi trường như dòng chảy, sóng và gió lên hệ thống. Luận án cũng đi sâu nghiên cứu lý thuyết điều khiển phi tuyến hiện đại, bao gồm điều khiển trượt tầng, điều khiển thích nghi và ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo vào các hệ thống thiếu cơ cấu chấp hành. Trên cơ sở các nền tảng lý thuyết này, luận án đã xây dựng bộ điều khiển phi tuyến bám quỹ đạo có khả năng khắc phục nhiễu tác động với biên độ nhỏ, và một bộ điều khiển thích nghi phi tuyến sử dụng mạng nơ ron nhân tạo để đảm bảo USV chuyển động bám quỹ đạo ổn định trong môi trường có nhiễu.

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng là sự kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp lý thuyết và mô phỏng số. Tính ổn định của các đề xuất mới được phân tích bằng tiêu chuẩn Lyapunov, và được kiểm chứng, đánh giá thông qua mô phỏng số bằng phần mềm Matlab – Simulink với các kịch bản khác nhau.

Các đóng góp khoa học chính bao gồm việc tổng hợp bộ điều khiển chuyển động phi tuyến cho đối tượng USV thiếu cơ cấu chấp hành, đề xuất luật điều khiển thích nghi dựa trên mạng nơ ron nhân tạo để đáp ứng yêu cầu điều khiển USV trong môi trường làm việc có nhiễu, và đề xuất bộ quan sát thích nghi tựa Luenberger cho đối tượng phi tuyến để quan sát vận tốc USV mà không cần sử dụng cảm biến đo vận tốc, góp phần giảm nhiễu do đo lường và giảm giá thành chế tạo. Các kết quả mô phỏng đã chứng minh tính đúng đắn, bền vững và khả năng ứng dụng thực tiễn của các thuật toán đề xuất trong các nhiệm vụ trên sông, biển như trắc quan môi trường thủy, cứu hộ, khai thác.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • 4. Nội dung nghiên cứu
  • 5. Phương pháp nghiên cứu
  • 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
  • 7. Bố cục của luận án

• Chương 1: TỔNG QUAN VỀ USV VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

  • 1.1. Mô hình động học của phương tiện hàng hải
    • 1.1.1. Các hệ trục tọa độ được sử dụng trong phân tích các phương tiện hàng hải
    • 1.1.2. Phân tích về vị trí và hướng trong chuyển động của tàu
    • 1.1.3. Phương trình chuyển động của phương tiện hàng hải
  • 1.2. Phương tiện nổi tự hành (USV) thiếu cơ cấu chấp hành
    • 1.2.1. Mô hình động lực học của USV thiếu cơ cấu chấp hành
    • 1.2.2. Biến đổi mô hình
    • 1.2.3. Phân tích mô hình
  • 1.3. Mô hình các nhiễu môi trường
  • 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
  • 1.5. Đặt bài toán
  • 1.6. Kết luận Chương 1

• Chương 2: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT TẦNG THÍCH NGHI BÁM QUỸ ĐẠO TRÊN CƠ SỞ MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO

  • 2.1. Cơ sở lý thuyết
    • 2.1.1. Phương pháp điều khiển trượt tầng
    • 2.1.2. Tổng hợp bộ điều khiển trượt tầng
    • 2.1.3. Tổng hợp bộ điều khiển trượt tầng thích nghi có xét đến sai lệch mô hình và nhiễu
  • 2.1.4. Cấu trúc hệ thống điều khiển bám quỹ đạo trượt tầng thích nghi
  • 2.2. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán.
    • 2.2.1. Kết quả mô phỏng bộ điều khiển với quỹ đạo đường thẳng
  • 2.3. Kết luận Chương 2

• Chương 3: TỔNG HỢP BỘ QUAN SÁT TỐC ĐỘ THÍCH NGHI CHO USV TRÊN CƠ SỞ MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO

  • 3.1. Cơ sở lý thuyết
  • 3.2. Thiết kế bộ quan sát tốc độ thích nghi trên cơ sở mạng nơ ron nhân tạo
  • 3.3. Mô phỏng kiểm chứng bộ điều khiển USV kết hợp bộ quan sát vận tốc
    • 3.3.1. Mô phỏng đánh giá chất lượng bộ quan sát vận tốc thích nghi
    • 3.3.2. Mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển trượt tầng thích nghi kết hợp bộ quan sát thích nghi
  • 3.4. Kết luận Chương 3.

• KẾT LUẬN

  • 1. Kết quả chính đạt được:
  • 2. Những đóng góp mới của luận án là:
  • 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ