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
2.5.3. Chi tiết cấu trúc Automate lai của AUV – HDS
AUVchuyển động theo 6 bậc tự do (trƣợt dọc, trƣợt ngang, trƣợt đứng, quay dọc, quay ngang và quay trở). Để thực hiện đƣợc các chuyển động này trong trường hợp chỉ xét AUV bám hướng và quỹ đạo trên mặt ngang (nghĩa là, chỉ xét
67
tới các chuyển động: trượt dọc, trượt ngang và quay trở), các thiết bị đẩy, nhƣ chân vịt, bánh lái (Rudder) và cánh lái (Sail plane) đƣợc kết nối với trên mô hình thực tế của luận án.
Việc điều khiển các chuyển động trên đây là trường hợp hoạt động chính của AUV - HDS. Máy trạng thái của trường hợp sử dụng này được dùng để xác định các trạng thái và các đại lƣợng bất biến trong Automate lai của AUV - HDS. Mỗi trạng thái tương đương với vị trí của Automate lai này. Sơ đồ chức năng mở rộng (Hình 2. 13) tạo ra là để xây dựng các dòng liên tục tương ứng với các vị trí đã đƣợc tìm thấy.
- Các vị trí lái (Phải hoặc Trái) và các dòng liên tục phù hợp với Automate lai của AUV - HDS là các trường hợp sau: trạng thái chờ đợi (Idle) f = f0, Trái_ngưỡng dưới (Left_Low) f = f1, Trái_ngưỡng trên (Left_High) f = f2, Trái_ở giữa (Left_Midle) f = f3, Phải_ngưỡng dưới (Right_Low) f = f4, Phải_ngưỡng trên (Right_High) f = f5, Phải_ở giữa (Right_Middle) f = f6.
- Các vị trí Lặn – Nổi và các dòng liên tục phù hợp với Automate lai của AUV - HDS là các trường hợp sau: trạng thái chờ đợi (Idle) f = f0, Lặn_ngưỡng dưới (Dive_Low) f = f’1, Lặn_ngưỡng trên (Dive_High) f = f’2, Lặn_ở giữa (Dive_Midle) f = f’3, Nổi_ngưỡng dưới (Float_Low) f = f’4, Nổi_ngưỡng trên (Float_High) f = f’5, Nổi_ở giữa (Float_Middle) f = f’6.
Các dòng liên tục tương ứng với những trạng thái mô tả ở trên theo thứ tự lần lƣợt dòng Fluid 0, Fluid 1, Fluid 2, Fluid 3, Fluid 4, Fluid 5, Fluid 6, Fluid’ 1, Fluid’ 2, Fluid’ 3, Fluid’ 4, Fluid’ 5 và Fluid’ 6. AUV - HDS hoạt động cùng mô hình sơ đồ khối chức năng mở rộng với các trạng thái hoạt động khác nhau; những trạng thái hoạt động này có những giá trị số khác nhau trong mô hình sơ đồ khối chức năng mở rộng của chúng. Vì lý do này, để đơn giản trong bản trình bày, luận án sẽ mô tả các công thức vi phân toàn phần cho tất cả các dòng liên tục, sau đógắn
68
các giá trị số thực và các đại lƣợng bất biến nếu cần thiết cho các dòng liên tục khác nhau.
Các công thức sai phân đƣợc viết tổng quát cho phần điều khiển của AUV – HDS với sơ đồ khối chức năng đã đƣợc mô tả trong Hình 2.13, cụ thể là:
] [
] [
2 3
1 3 3
3 1 3 1
3
1 k k k d k k
i k
P
k E E
T E T E E
T E T
K
f
Trong đó:
1 2 ) ( 1 3
E k
k K E
E ;
2k 1k ra. 1k rc. 2k
E E K S K S ;
E1k K Eo 0k; E0k PoK Srp sk.
Với điều kiện ban đầu: f 0 f 1 f 2 f 3 0
k: điểm tính toán, k[0,n], T: chu kỳ lấy mẫu,
Kp: hệ số khuyếch đại của bộ điều chỉnh „PID‟, Ti: thời gian tích phân của bộ điều chỉnh „PID‟, Td: thời gian đạo hàm của bộ điều chỉnh „PID‟, S1: tín hiệu đầu ra của phản hồi góc,
S2: tín hiệu đầu ra của phản hồi hướng, Ss: giá trị đầu ra vị trí tàu,
K(E): hàm giới hạn của bộ giới hạn (khâu bão hòa), Ko: hệ số khuyếch đại chung của AUV - HDS, Kra: hệ số phản hồi góc,
Krp: hệ số phản hồi vị trí,
69 Krc: hệ số phản hồi hướng.
Các đại lượng bất biến (Invi) gắn với các vị trí qi tương ứng với các dòng liên tục (Fi) và của Automate lai, đƣợc thể hiện trong Bảng 2.4.
Bảng 2.4. Các thông số cụ thể của các dòng liên tục toàn cục Fluid0:
k f k 0,
Fluid 1 hoặc Fluid’ 1:
1 1
2 ) ( 1
3k K E Ek E
Đại lƣợng bất biến: S 1 và 0Cl Cmax
Fluid 2 hoặc Fluid’ 2:
1 1
2 ) ( 1
3k K E Ek E
Đại lƣợng bất biến: S 1 và 0Cl Cmax
Fluid 3 hoặc Fluid’ 3:
Đại lƣợng bất biến: 1S 1 và
0Cl Cmax
Fluid 4 hoặc Fluid’ 4:
1 1
2 ) ( 1
3k K E Ek E
Đại lƣợng bất biến: S 1 và 0Cr Cmax
Fluid 5 hoặc Fluid’ 5:
1 1
2 ) ( 1
3k KE Ek E
Đại lƣợng bất biến: S1 và 0Cr Cmax
Fluid 6 hoặc Fluid’ 6:
Đại lƣợng bất biến: 1S 1 và 0Cr Cmax
Trong đó:
S – Biến số đầu ra của bộ giới hạn,
Cr – Trị số góc lái phải hoặc lặn (kiểm tra qua điều kiện DeltaR_r và DeltaD_s, hoặc DeltaR_r và DeltaF_s),
Cl – Trị số góc lái trái hoặc nổi (kiểm tra qua điều kiện DeltaL_r và DeltaD_s, hoặc DeltaL_r và DeltaF_s),
Cmax – Góc lái cực đại Phải-Trái hoặc Lặn-Nổi.
Hình 2.14a và Hình 2.14bthể hiện đặc trƣng Automate lai của AUV - HDS với các sự kiện bên trong phát sinh, lần lượt tương ứng với các chế độ hoạt động lái Phải-Trái và Lặn-Nổi (do ảnh hưởng của cánh lái và hệ thống Lặn-Nổi).
70
Hình 2.14a. Automate lai của AUV - HDS với các sự kiện bên trong đƣợc sinh ra là Eii: trường hợp lái Phải – Trái
Hình 2.14b. Automate lai của AUV - HDS với các sự kiện bên trong đƣợc sinh ra là Eii: trường hợp lái Lặn – Nổi
71 Trong đó:
- Ei1, E'i1 đƣợc sinh ra, Nếu [S[1,]] và [Cl [0,Cmax]orS [1,1]]; - Ei2, E'i2 đƣợc sinh ra, Nếu [S [1,]] và [Cl [Cmax]orS [1,1]; - Ei3, E'i3 đƣợc sinh ra, Nếu [S 1,1] và [Cl [0,Cmax]];
- Ei4, E'i4 đƣợc sinh ra, Nếu [S[S[1,]] và [Cr 0,CmaxorS [1,1]; - Ei5, E'i5 đƣợc sinh ra, Nếu [S [1,]] và [Cr 0,CmaxorS [1,1]];
- Ei6, E'i6 đƣợc sinh ra, Nếu [S1,1] và [C 0,Cmax];
- Ei6_4, E'i6_4 đƣợc sinh ra, Nếu [S1,1]và [S 1and 0Cr Cmax];
- Ei4_6, E'i4_6 đƣợc sinh ra, Nếu [SS[1,]và [S 1and 0 Cr Cmax]; - Ei6_5, E'i6_5 đƣợc sinh ra, Nếu [S1,1]và [S 1and0Cr Cmax];
- Ei5_6,E'i5_6 đƣợc sinh ra, Nếu [S1,]và [S 1and 0 Cr Cmax]; - Ei3_1,E'i3_1 đƣợc sinh ra, Nếu [S1,1]và [S 1and 0 Cl Cmax];
- Ei1_3,E'i1_3 đƣợc sinh ra, Nếu [SS[S[1,]và [S 1and 0 Cl Cmax]; - Ei3_2,E'i3_2 đƣợc sinh ra, Nếu [S1,1]và [S 1and 0Cl Cmax];
- Ei3_1, E'i3_1, đƣợc sinh ra, Nếu [S1,]và [S 1and 0Cl Cmax];
- DetectedEvent là sự kiện đến từ hệ thống tác nhân: „Môi trường‟ hoặc „Hệ thống dẫn đường và định vị‟;
- Stabilized Course & Position là sự kiện báo hệ thống lái AUV - HDS đã ổn định.