Điều khiển trượt tầng thích nghi quan sát neural tựa Luenberger cho tàu nổi USV

Bài báo trình bày thiết kế bộ điều khiển cho tàu nổi ổn định động trên mặt nước (USV), thuộc lớp đối tượng MIMO thiếu cơ cấu chấp hành với mô hình phi tuyến và sự bất định về mô hình và nhiễu. Một bộ quan sát neural cải tiến cho bộ quan sát Luenberger được sử dụng với bộ điều khiển trượt tầng (HSMC) cho USV được giới thiệu. Bộ điều khiển đảm bảo điều khiển vị trí và góc của tàu theo giá trị mong muốn. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển trượt tầng thích nghi quan sát neural tựa Luenberger cho tàu nổi USV P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT TẦNG THÍCH NGHI QUAN SÁT NEURAL TỰA LUENBERGER CHO TÀU NỔI USV HIERARCHICAL SLIDING MODE ADAPTIVE CONTROL USING LUENBERGER NEURAL OBSERVER Nguyễn Khắc Tuấn1,*, Nguyễn Đức Khoát2, Lê Trần Thắng3 , Lê Xuân Hải4 quyết vấn đề mô hình phi tuyến, rất nhiều nghiên cứu đã TÓM TẮT được tiến hành, nổi bất là kỹ thuật cuốn chiếu Bài báo trình bày thiết kế bộ điều khiển cho tàu nổi ổn định động trên mặt (backstepping) và lý thuyết Lyapunov được sử dụng rộng nước (USV), thuộc lớp đối tượng MIMO thiếu cơ cấu chấp hành với mô hình phi rãi [3], điều khiển trượt [4], điều khiển dự báo (MPC) [5], tuyến và sự bất định về mô hình và nhiễu. Một bộ quan sát neural cải tiến cho bộ điều khiển bề mặt động (DSC) [6], phương pháp đại số quan sát Luenberger được sử dụng với bộ điều khiển trượt tầng (HSMC) cho USV tuyến tính [7]. được giới thiệu. Bộ điều khiển đảm bảo điều khiển vị trí và góc của tàu theo giá Bộ điều khiển backstepping tồn tại một số nhược điểm trị mong muốn. Tính ổn định của hệ thống kín được chứng minh qua tiêu chuẩn như khả năng đáp ứng với những thay đổi của môi trường ổn định Lyapunov. Các thuật toán được đề xuất thực hiện trong môi trường mô phỏng tổng hợp với giả thiết có nhiễu sóng, gió, dòng chảy và kết quả thu được không cao, cần biết chính xác thông số mô hình khó xác minh chứng cho tính hiệu quả của bộ điều khiển. định. Để giải quyết nhược điểm này, chúng tôi đã đưa ra giải pháp sử dụng kỹ thuật điều khiển trượt tầng (HSMC) Từ khóa: USV, bộ quan sát Luenberger, mạng neural, bộ điều khiển trượt tầng. cho tàu USV [8]. Đây là phương pháp cải tiến của kỹ thuật ABSTRACT điều khiển trượt kết hợp với phương pháp backstepping, tận dụng được ưu điểm của kỹ thuật điều khiển trượt là khả This paper presents the design of a controller for a surface ship moving on năng bền vững khi hệ thống có nhiễu hoặc khi thông số water (USV), belonging to the MIMO objects class that lacks an actuator with a của đối tượng thay đổi theo thời gian. Một khó khăn nữa nonlinear model and uncertainty, noise model. An improved neural observer for trong điều khiển tàu nổi là các phép đo vận tốc có thể the Luenberger observer used Hierarchical Sliding Mode Control (HSMC) for USV không đo được hoặc đo được nhưng có tồn tại các nhiễu. is introduced. The controller ensures to control the position and angle of the train Để đối phó với vấn đề này, bộ quan sát Luenberger [9] according to the desired trajectory. The stability of the closed system is proven by được đề xuất. Tuy nhiên hạn chế của bộ quan sát the Lyapunov Stability Theory. The proposed algorithms are implemented in a Luenberger là đòi hỏi biết đầy đủ một số thông tin chính synthetic simulation environment with the assumption of interference from xác về đối tượng, điều này khó đảm bảo vì trong môi waves, wind, flow and the obtained results demonstrate the effectiveness of the trường thực tế việc đảm bảo thông tin chính xác là khó controller. khăn. Để giải quyết vấn đề này, bài báo đề xuất sử dụng kết Keywords: USV, Luenberger observer, neural network, Hierarchical Sliding hợp thêm mạng neural nhân tạo để xấp xỉ các thành phần Mode Control. bất định trong bộ quan sát. Trong bài báo này, bộ quan sát mạng neural tựa Luenberger được thiết kế cùng bộ điều 1 Khoa Điện, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh khiển trượt tầng cho USV. Tính ổn định của hệ được chứng 2 Khoa Cơ-Điện, Trường Đại học Mỏ Địa chất minh qua lý thuyết ổn định Lyapunov. 3 Viện Tự động hóa Kỹ thuật Quân sự 2. MÔ HÌNH TÀU NỔI USV 4 Trường Quốc tế, Đại học Quốc gia Hà Nội Theo [1] mô hình ba bậc tự do (surge, sway và yaw) của * Email: khactuan37@gmail.com USV có dạng như sau: Ngày nhận bài: 15/12/2021  η  J η υ ...