CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG TIỆN TỰ HÀNH DƯỚI NƯỚC VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG, THỰC THI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG VÀ THỰC THI ÁP DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN AUV
1.3.2. Mô hình hóa ứng xử AUV - HDS
Một Automate lai[17],[32]đƣợc xác định bởi dữ liệu sau:
H = [Q, X, , A, Inv, F, q0, x0] (1.15) Trong đó:
Q: tổ hợp của các vị trí mô tả các chế độ hoạt động của hệ thống,
qo: trạng thái ban đầu,
X: không gian trạng thái liên tục hiện tại của Automate, X n,
xo: giá trị ban đầu của trạng thái liên tục hiện tại của Automate,
: tập hợp hữu hạn của các sự kiện,
A: tập hợp các dịch chuyển đƣợc xác định bởi [q, Guard, , Jump, q’] và đƣợc biểu diễn bởi một cung giữa các trạng thái, trong đó:
- q Q, q’ Q,
- Guard: một tổ hợp điều kiện cho phép thực hiện dịch chuyển,
- Jump: giá trị bước nhảy giữa hai không gian trạng thái liên tục của hai vị trí liền kề nhau,
- : tổ hợp các sự kiện cho phép dịch chuyển vị trí.
Inv: đại lƣợng bất biến, dùng để theo dõi trạng thái liên tục phải đƣợc duy trì; cụ thể là khi vị trí là q thì trạng thái liên tục phải đƣợc xác định theo xInv(q),
F: hàm liên tục tổng thể (dòng liên tục) đƣợc xác định theo từng vị trí của hệ thống; nó là tổng hợp từ các phần tử liên tục của hệ thống theo một sơ đồ điều khiển đã đƣợc xác định, tiến trình của trạng thái liên tục đƣợc xuất hiện khi trạng
36
thái hoạt động. F thường được biểu diễn bởi hệ phương trình vi phân hoặc hệ phương trình trạng thái hoặc hàm truyền đạt.
Để mô hình hóa ứng xử các hệ thống điều khiển công nghiệp nói chung, người ta sử dụng biểu đồ diễn tiến chức năng; nhưng để mô hình hóa cấu trúc và ứng xử các AUV - HDS thì Automate lai đƣợc sử dụng, bởi vì:
- Chỉ duy nhất một ứng xử liên tục tại một thời điểm đƣợc xác định,
- Có đại lƣợng bất biến để kiểm tra lại giả thuyết về trạng thái liên tục trong Automate lai,
- Automate lai đƣợc bắt nguồn từ Automate nên mô hình ứng xử động của hệ thống tương thích các ứng dụng tương tác sẵn có,
- Nó có thể sử dụng đƣợc các công cụ phần mềm mô phỏng.
1.3.2.2. Grafcet
Khi thiết kế hệ thống phải tính đến các phương thức làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lý kịp thời các hƣ hỏng trong quá trình hoạt động của nó, phải luôn luôn có phương án can thiệp trực tiếp của người vận hành đến việc dừng máy khẩn cấp, xử lý tắc nghẽn vật liệu và các hiện tƣợng nguy hiểm khác.Grafcet[31]là công cụ rất hữu ích để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của hệ tự động hóa các quá trình công nghệ.
Grafcet là từ viết tắt của tiếng pháp (GRAphe Fonctionnel de Commande Etaps/Transitions), là một biểu đồ chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác, đó là một graphe định hướng và được xác định bởi các phần tử sau:
G = [E, T, A, M] (1.16)
Trong đó:
37
- E = [E1, E2,..., En]: một tập hữu hạn các trạng thái của hệ thống, đƣợc ký hiệu bằng các hình vuông. Mỗi trạng thái ứng với tác động nào đó của phần điều khiển và trong mỗi trạng thái các hành vi điều khiển là không thay đổi. Một trạng thái có thể là chủ động hoặc bị động. Điều khiển chính là thực hiện các mệnh đề logic chứa các biến vào và các biến ra để hệ thống có đƣợc một trạng thái xác định, - T = [t1, t2,…, ti]: tập hữu hạn các dịch chuyển trạng thái đƣợc biểu hiện bằng gạch ngang “-”. Hàm Boole gắn với mỗi dịch chuyển trạng thái đƣợc gọi là “một tiếp nhận”,
- A = [a1, a2,…, an]: tập các cung định hướng nối giữa một trạng thái với một dịch chuyển hoặc ngƣợc lại,
- M = [m1, m2,…, mn]: tập các giá trị (0, 1). Nếu mi = 1 thì trạng thái i là hoạt động, nếu mi = 0 thì trạng thái i là không hoạt động.
Grafcet cho một quá trình luôn luôn là một đồ hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối đến trạng thái đầu.
1.3.2.3. Mạng Petri
Mạng Petri lai [31]là một giải pháp mở rộng của mạng Petri chuẩn, trong đó các phương trình có thể được gắn hoặc liên kết với vị trí hệ thống mà các chức năng đƣợc gắn vào mối quan hệ dịch chuyển.
Một mạng Petri lai đƣợc định nghĩa bởi:
[R, PC, IH, M0, x0] (1.17)
Trong đó:
- R: tổ hợp mạng Petri mà nó có thể đồng bộ qua các bộ phận sự kiện bên trong nhƣ là: biểu đồ trạng thái, mỗi sự dịch chuyển có thể kèm theo sự kiện đúp là rẽ nhánh hoặc phát sinh ra các lệnh rẽ nhánh,
38
- PC: phần liên tục của mô hình mà nó đƣợc hiểu là tổ hợp các biến liên tục và các phương trình vi phân đại số; nó nhằm mô phỏng các ứng xử liên tục khác nhau của hệ thống. Các biến toàn cục, giá trị của nó đƣợc truy cập tại mọi nơi trong mô hình tại mọi thời điểm.
- IH: giao diện lai kết nối giữa phần liên tục và mạng Petri.
- M0: giá trị ban đầu của R.
- X0: giá trị ban đầu của biến liên tục.
Tuy rằng mạng Petri có thể mô hình hóa ứng xử và cấu trúc của AUV-HDS một cách rõ ràng, nhƣng trên thực tế để thực thi phần điều khiển của HDS công nghiệp thì việc kết nối giữa mô hình mô phỏng và mô hình triển khai là rất khó. Nó thường dùng trong việc nghiên cứu mô hình lý thuyết của hệ thống.