CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CỦA AUV
2.5. CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN AUV
2.5.4. Mô phỏng hệ thống điều khiển
Để tiến hành kiểm tra và đánh giá các cấu trúc phân tích trên đây, luận án đã dùng công cụ MabLab-Simulinknhằm mô phỏng hiệu năng điều chỉnh của hệ thống. Một trong những kết quả mô phỏng đáp ứng điều khiển đƣợc giới thiệu trên Hình 2.15. Nó đƣợc giả định dựa trên cơ cấu chấp hành là động cơ Servo, bộ chân
72
vịt kèm bánh lái lần lƣợt mang đặc điểmcủa khâu quán tính và khâu dao động; tác động tín hiệu đầu vào là góc chuyển hướng mong muốn; tín hiệu đầu ra là quá độ hướng đi của AUV.
Với các thông số: thời gian lấy mẫu T = 0,01; khuếch đại Kp = 1,4; thời gian tích phân Ti = 0,047; thời gian đạo hàm Td = 0,05; phản hồi góc Kra = 0,25; phản hồi hướng Krc = 0,3; phản hồi vị trí Krp = 0,25; T1v=0,25; T2v=0,4; Tc = 0,25, Ts = 1,5; T1v, T2v- các hằng số thời gian bậc 1 và 2 của khâu dao động và Tc- thời gian quán tính của tổ hợp cơ cấu chấp hành lái, Ts- thời gian quán tính của AUV. Trong trường hợp này, thời gian quá độ điều khiển bám hướng tới dần hướng đi mong muốn 10o sau 7,2s.
Hình 2.15. Mô phỏng đáp ứng quá độ hướng đi của AUV - HDS
Với mô hình điều khiển ở trên và qua các đồ thị quá độ điều chỉnh chỉ ra rằng mô hình mô phỏng của hệ thống lái AUV hoàn toàn đáp ứng đƣợc chất lƣợng và hiệu năng điều chỉnh, nhƣ là: thời gian và quá độ điều chỉnh nhằm đảm bảo phù hợp với việc chế tạo, lập trình phần điều khiển và chạy thử trên tàu lặn mô hình sau này.
73 Kết luận chương
Chương này trình bày các bước phân tích và mô phỏng động lực học của AUVthể hiện quá trình mô hình hóa và mô phỏng động lực học cho tàu lặn ứng dụng các phần mềm máy tính, bao gồm các nội dung cụ thể nhƣ:
- Trình bày cơ bảnvề CFD và mô hình toán trong phần mềm ứng dụng mô hình hóa và mô phỏng Ansys Fluent;
- Phân tích và trình bày chi tiết qui trình mô hình hóa và mô phỏng động lực học AUV sử dụng phần mềm Ansys Fluent;
- Các kết quả đạt đƣợc khi mô hình hóa và mô phỏng động lực học AUV, bao gồm: khảo sát mô hình với các thay đổi góc tới và vận tốc dòng tới, trường phân bố áp suất của dòng chảy bao tàu lặn và đƣa ra các thông số động lực dòng chảy tác dụng lên tàu lặn.
Các kết quả này đã đƣợc sử dụng để đề xuất mới mô hình cấu trúc điều khiển bám hướng và quỹ đạo trên mặt ngang cho AUV, cụ thể là:
- Nghiên cứu và lựa chọn cấu trúc điều khiển lai cho AUV (AUV – HDS), bao gồm: phần liên tục, phần rời rạc và phần tương tác giữa liên tục và rời rạc;
- Đƣa ra cấu trúc tổng quát và chi tiết mô hình Automate lai dùng để đặc tả ứng xử AUV – HDS và kết quả mô phỏng điều khiển nhằm đánh giá cấu trúc điều khiển đã đƣợc đề xuất; hơn nữa nó cho phép lựa chọn các cơ cấu chấp hành cho AUV trong các pha tiếp theo. Từ đó, cấu trúc và giải thuật điều khiển này sẽ đƣợc sử dụng trong chương tiếp theo nhằm đưa ra qui trình phân tích và thiết kế được cập nhật với công nghệ hướng đối tượng và ngôn ngữ mô hình hóa hợp nhất trong thời gian thực (RealTime UML) để phát triển hệ thống điều khiển các AUV mang đặc điểm động lực lai công nghiệp.
74
CHƯƠNG 3. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ THỰC THI ĐIỀU KHIỂN CỦA AUV THEO CÔNG NGHỆ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG
Trong chương này, luận án giới thiệu một phương pháp mà được dựa trên sự cộng tác các đối tƣợng, các gói, cổng, giao thức và lớp thực thể để thực thi Automate lai với sự kiện, tín hiệu đầu vào và đầu ra để xác định nhanh chóng cấu trúc và sự thực thi các đối tƣợng điều khiển của hệ thống điều khiển công nghiệp.
Phương pháp này cũng cho phép các hệ thống điều khiển có thể được tái sử dụng trong giai đoạn thiết kế ứng dụng mới. Tác giả giới thiệu từng bước các đặc tả của Automate lai như là: xác định của các trường hợp sử dụng và các máy trạng thái cục bộ, cấu trúc của máy trạng thái toàn cục của hệ thống phát triển, xác định các dịch chuyển của nó. Tiếp theo, luận án đƣa ra phân tích về mặt lý thuyết, xác định của cộng tác các đối tƣợng của hệ thống điều khiển, xác định của các gói điều khiển cơ bản, cổng và giao thức truyền thông, với các kết nối tĩnh và động đƣợc hợp nhất giữa chúng. Cuối cùng, luận án đƣa ra bản thiết kế với RealTime UML của bản thiết kế nhằm phát triển AUV - HDS công nghiệp một cách tối ƣu và hiệu quảvới sự hỗ trợ của phần mềm IBM Rational Rose RealTime[35].