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
1.3.1. AUV với hệ thống động lực lai
1.3.1.1. Phân loại hệ thống điều khiển công nghiệp
Hiện nay, các hệ thống điều khiển tự động công nghiệp có thể phân loại theo các loại sau: hệ thống tự đáp ứng, hệ thống thời gian thực và hệ thống động lực lai[31].
- Hệ thống tự đáp ứng có thể nhận tất cả sự kiện và tín hiệu đầu vào; nó xử lý các sự kiện và tín hiệu này một cách cạnh tranh có ƣu tiên để đƣa ra các tín hiệu và sự kiện đầu ra một cách đồng bộ.
- Hệ thống thời gian thực là hệ thống tự đáp ứng có kèm theo chu trình xử lý các sự kiện và tín hiệu đầu vào, đầu ra gắn với điều kiện ràng buộc về khoảng thời gian và thời điểm thực thi. Ngoài ra, trong hệ thống thời gian thực có thể phát sinh các sự kiện và tín hiệu bên trong phụ thuộc vào thời gian. Ví dụ: Hệ thống điều khiển điện thủy lực nhằm duy trì mức chất lỏng và áp suất không đổi trong một bể chứa, khi nguồn tiêu thụ môi chất thay đổi lưu lượng.
- Hệ thống động lực lai (HDS)là hệ thống thời gian thực, nó bao gồm phần liên tục, phần rời rạc, và sự tương tác giữa chúng. Ngoài ra, trong hệ thống động lực lai có thể phát sinh các sự kiện bên trong không theo thời gian. Ví dụ: Các hệ thống điều khiển điện thủy lực trong máy nâng chuyển, hệ thống lái tự động trong tàu thủy hoặc máy bay, hệ thống theo dõi đối tƣợng tại cảng hàng không, v.v... có thể xem nhƣ là các hệ thống động lực lai.
33
Hình 1.4 giới thiệu mối liên kết tổng quan giữa các hệ thống đã giới thiệu ở trên; trong đó: RS, RTS và HDS lần lƣợt là các hệ thống tự đáp ứng, hệ thống thời gian thực và hệ thống động lực lai.
Trong nội dung nghiên cứu, luận án quan tâm tới việc phân tích thiết kế và mô phỏng hệ thống động lực lai công nghiệp; bởi hệ thống điều khiển hiện tại và cơ cấu chấp hành có xét tới các mô hình với dữ kiện rời rạc và mô hình ứng xử liên tục. Những mô hình ứng xử này đƣợc phân tán thành các mô hình hoạt động khác nhau; chúng được kết hợp với các quá trình làm thay đổi tác nhân với các trường hợp sử dụng như là: người thiết kế, người tư vấn, người bảo trì v.v…
Hình 1.4. Hệ thống tự đáp ứng, hệ thống thời gian thực và hệ thống động lực lai Hơn nữa, các hệ thống điều khiển luôn luôn không có ứng xử giống nhau; do đó, nó sẽ đƣợc kết hợp với giả thuyết hợp lý để kiểm tra tại mọi thời điểm. Ứng xử của các hệ thống này là khá phức tạp. Trong luận án nàychỉ xét đến hệ điều khiển công nghiệp đó là hệ thống động lực lai (HDS) và đƣợc mô hình hóa bằng Automate lai[17],[31], [32].
1.3.1.2. AUV với HDS trong điều khiển công nghiệp
Trong mục này, luận án nghiên cứu sâu về phân tích thiết kế và mô phỏng hệ thống động lực lai công nghiệp. Hệ thống này bao gồm phần điều khiển lai và cơ cấu chấp hành lai, hai phần này liên kết với nhau bởi sự trao đổi các tín hiệu và sự kiện theo chu kỳ và không theo chu kỳ[34]. Các sự kiện không theo chu kỳ có thể là sự kiện bên trong hoặc bên ngoài, ta có sơ đồ khối tổng quan của hệ thống động lực lai công nghiệp nhƣ Hình 1.5.
34
Hình 1.5. Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống động lực lai công nghiệp Trong đó:
- Eveo: sự kiện đầu ra, - Evei: sự kiện đầu vào, - Sigo: tín hiệu đầu ra, - Sigi: tín hiệu đầu vào,
- ΔT: khoảng thời gian lấy mẫu của mô hình thực thi,
- Actor1, Actor2, Actor3,…, Actorm:tổ hợp con người hoặc hệ thống tác động đến hệ thống thi hành (phần điều khiển lai và cơ cấu chấp hành lai).
Hệ thống thi hành và tác nhân trao đổi các thông điệp không theo chu kỳ ở dưới dạng không đồng bộ, và được thực hiện qua máy trạng thái. Mặt khác, cơ cấu chấp hành lai có thể đƣợc thực thi bởi nhiều mô hình điều khiển khác nhau và tồn tại sự tương tác giữa các mô hình này, vậy sự tương tác này có thể được mô hình hóa thông qua ngôn ngữ hình thức nhƣ: Automate, Grafcet, biểu đồ trạng thái.
Xuất phát từ mô hình động lực học điều khiển của AUV và các đặc tả về hệ thống động lực lai được mô tả ở các mục trước, hệ thống điều khiển AUV có thể xem nhƣ là một hệ thống động lực lai công nghiệp và đƣợc gọi là AUV - HDS; bởi
35
vì trong hệ thống này có các phần liên tục/rời rạc và tác động qua lại giữa các phần đó, nhƣ là: các chuyển động trƣợt dọc, trƣợt ngang, trƣợt đứng, các chuyển động quayvà các tác động từ môi trường biển do sóng, gió và dòng hải lưu.