CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CỦA AUV
3.2. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾT TRONG PHÁT TRIỂN AUV –
3.2.3. Mô hình thực thi của AUV - HDS công nghiệp
3.2.3.2. Lựa chọn ngôn ngữ công nghiệp cho mô hình triển khai
Để tiến hành triển khai một AUV - HDS có thể sử dụng các ngôn ngữ lập trình khác nhau nhƣ là: C++, Java, LabVIEW, IEC1131, IEC61499, v.v… nhằm thực thi mô hình thiết kế của nó. Nhƣng luận án quan tâm đến qui trình thực thi một AUV - HDS công nghiệp, do đó có thể lựa chọn một chuẩn công nghiệp nhƣ là: IEC61499 [47]để thực thi mô hình thiết kế của AUV - HDS này dựa trên một bộ PLC [60], hoặc lập trình hướng đối tượng nhúng OOPRES dựa trên các vi xử lý công nghiệp phù hợp. Dưới đây, luận án đưa ra các nguyên tắc chuyển đổi từ mô hình thiết kế RealTime UML sang mô hình triển khai với lập trình hướng đối tƣợng và khối chức năng IEC.
+ Các luật chuyển đổi từ mô hình thiết kế với RealTime UML sang mô hình với công nghệ hướng đối tượng:
- Mỗi gói được thực thi tương ứng với một lớp chủ động (AC); mỗi gói con của nó tương ứng với một AC thành phần cục bộ tương ứng.
- Kết nối truyền đạt giữa các gói chính với nhau hoặc giữa gói chính với gói thành phần tuân theo luật “tích hợp” trong mô hình AC.
- Các giao thức đƣợc thực thi bởi giao diện thi hành của mô hình AC.
- Các cổng đƣợc chuyển đổi nhƣ là các tổ hợp các giao diện của mô hình AC.
- Các lớp thực thể (các phần tử liên tục hoặc các dòng liên tục cụ thể Fi) đƣợc chuyển đổi thành các lớp bị động (PC) đƣợc kết hợp với thuật toán cụ thể.
93
- Các gói chứa các đại lượng bất biến Inv: các đại lượng này tương ứng với dữ liệu bên trong của PC.
- Các máy trạng thái của các gói đƣợc thực thi bởi máy trạng thái của các AC.
+ Dựa vào các đặc điểm của mô hình thiết kế đã xác định và các đặc tính của khối chức năng IEC61499[36], [47], các luật chuyển đổi từ mô hình thiết kế vớiRealTime UMLsang mô hình thực thi bằng khối chức năng IEC chung đƣợc áp dụng nhƣ sau:
- Mỗi gói được thực thi tương ứng với một khối chức năng (FB); mỗi gói con của nó tương ứng với một FB thành phần cục bộ tương ứng.
- Kết nối truyền đạt giữa các gói chính với nhau hoặc giữa gói chính với gói thành phần tuân theo luật “tích hợp” trong mô hình FB.
- Các giao thức đƣợc thực thi bởi sự kiện và dữ liệu vào/ra của mô hình FB.
- Các cổng đƣợc chuyển đổi nhƣ là các tổ hợp đầu vào/ra của mô hình FB.
- Các lớp thực thể (các phần tử liên tục hoặc các dòng liên tục cụ thể Fi) đƣợc chuyển đổi thành khả năng nghiệp vụ của FB đƣợc kết hợp với thuật toán cụ thể.
- Các gói chứa các đại lượng bất biến Inv, thì các đại lượng này tương ứng với dữ liệu bên trong của FB.
- Các máy trạng thái của các gói đƣợc thực thi bởi phần điều khiển thực thi của FB tương ứng.
Trong luận án này, ứng dụng hệ thống điều khiển cho AUV dựa trên nền tảng Arduino[11] (nền tảng mã nguồn mở cho các thiết bị phần cứng và phần mềm điều khiển), nhằm tiết kiệm chi phívà xây dựng nhanh chóng mô hình thử nghiệm để đánh giá phương pháp phân tích và thiết kế đã đề xuất trên đây. Hơn nữa, Arduino hoàn toàn hỗ trợ cho bản thiết kế và mô phỏng hướng đối tượng. Ứng dụng này bao gồm các thành phần chính nhƣ sau:
94
- Phần cứng: Các giao diện kết nối, mạch điện chuyển đổi tín hiệu và chuyển mạch, nguồn cung cấp năng lƣợng, vi xử lýArduino Mega2560[11]. Ngoài ra, Arduino Mega 2560 cũng có các giao thức để kết nối với GPS/INS.
- Phần mềm: mô đun điều khiển chính đƣợc lập trình dựa trên IDE mã nguồn mở củaArduino[11].
Chi tiết các kết quả phân tích, thiết kế, mô phỏng và thực thi của AUV – HDS công nghiệp cho tàu lặn mô hìnhđƣợc thể hiện trong Phụ lục 2. Một số hình ảnh chế tạo và triển khai toàn bộ hệ thống đƣợc minh họa trong Phụ lục 3.
Kết luận chương
Trong chương này, luậnán đã trình bày chi tiết qui trình phân tích, thiết kế và thực thi hệ thống điều khiển AUV bằng RealTime UML và ROPES, cụ thể là:
- Cập nhật và lựa chọn công nghệ hướng đối tượng để phát triển hệ thống;
nghiên cứu chi tiết các đặc trƣng của RealTime UML;
- Đưa ra các mô hình phân tích và thiết kế hướng đối tượng cho hệ thống điều khiển bám hướng và quỹ đạo trên mặt ngang cho AUVthông qua việc cụ thể hóa các cộng tác đối tƣợng, các gói điều khiển chính cũng nhƣ là cổng và giao thức truyền đạt giữa chúng với chuẩn RealTime UML và ROPES.
- Mô hình khối chức năng, hệ thống con và cơ chế hướng đối tượng được sử dụng để xây dựng mô hình thực thi của hệ thống điều khiển này nhằm thực hiện giai đoạn thực thi mô phỏng và triển khai nó một cách có thừa kế và tái lặp.Các qui tắc chuyển đổi mô hình đã đƣợc đƣa ra và áp dụng, nó cho phép mô hình thiết kế chi tiết chuyển đổi tới các nền công nghệ hỗ trợ hướng đối tượng, như là:
OpenModelica,IEC61499 và Arduino.
Các mô hình trên đây đã đƣợc áp dụng nhằm đƣa ra mô hình triển khai một cách nhanh chóng trên vi xử lý Arduino Mega2560[11]. Các kết quả phân tích,
95
thiết kế, mô phỏng và thực thi của AUV – HDS công nghiệp cho tàu lặn mô hình (AUV mô hình) đƣợc thể hiện trong Phụ lục 2.Phụ lục 3 minh họa quá trình chế tạo và triển khai toàn bộ hệ thống tàu lặn này.
96