Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUVASV với chuẩn SysML modelica và automate lai

1.2.3 Một số bộ điều khiển được ứng dụng trên AUV/ASV Điều khiển phương tiện tự hành dưới nước là một công việc vô cùng khó khăn và phức tạp do môi trường nước, đặc biệt là trong môi tr

1

MỞ ĐẦU

i Tính cấp thiết của đề tài

Trong kỷ nguyên công nghệ và nền kinh tế đa chiều, việc phát triển các hệ thống động lực công nghiệp có một vai trò quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và bảo vệ đất nước Hệ thống điều khiển công nghiệp là một phần của lĩnh vực sản xuất công nghiệp, nó ngày càng được nhiều doanh nghiệp sử dụng và phát triển để góp phần tạo ra giá trị cạnh tranh

Một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, công nghệ tàu thủy

và kỹ thuật dưới nước đang được phát triển rất nhanh tại nước ta Nhiều nhà máy và xí nghiệp chế tạo tàu thủy đã phải nhập khẩu từ nước ngoài nhiều thiết bị để chế tạo những tàu lớn và hiện đại; đặc biệt là phải nhập khẩu những thiết bị điều khiển, ví dụ: hệ thống lái tàu thủy tự động có điều khiển theo chương trình, hệ thống điều khiển từ xa cho buồng máy… Như thế, chi phí để hoàn thành một thiết bị dưới nước sẽ rất cao

Hơn thế nữa, do đặc thù địa lý, việc nghiên cứu tác động của môi trường biển tới đời sống kinh tế xã hội của dân sinh rất cần thiết đối với nước ta, ví dụ như cảnh báo thiên tai và sóng thần, khảo sát hệ sinh thái dưới biển, vận tải biển bằng tàu thủy cũng như việc phát triển các trang thiết bị cho hải quân trong quân sự

Các hoạt động trên đòi hỏi phải có các phương tiện tự hành dưới nước AUV/ASV thì mới đáp ứng được mục tiêu bảo đảm an ninh và khai thác tài nguyên biển một cách bền vững Điều này có được là do các đặc tính cơ bản về an toàn và hiệu quả chi phí khi so sánh với thiết bị có người lái Thiết bị AUV/ASV không yêu cầu điều hành của con người, nó phải chịu các điều kiện và các mối nguy hiểm vốn có trong môi trường dưới nước Chi phí hiệu quả về cả thời gian và các khía cạnh tài chính được xuất phát từ một thiết bị nhỏ hơn nhiều, không chứa các hệ thống con khác nhau cần thiết để duy trì cuộc sống trong khi dưới nước cũng như các cơ cấu truyền động nhỏ hơn so với một thiết bị có người lái, vì vậy yêu cầu thực hiện bảo trì thường xuyên cần thiết sẽ nhỏ hơn Với các đặc trưng nổi bật trên đây, các loại AUV/ASV đã được sử dụng thành công và hiệu quả trong ngành công nghệ hàng hải tại rất nhiều nước trên thế giới cho cả mục đích dân sự và quân sự

Do đó, việc nghiên cứu sản xuất các thiết bị này trong nước, đặc biệt

là hệ thống điều khiển, sẽ tăng được tính chủ động trong sản xuất hàng loạt, giảm chi phí nhập khẩu từ nước ngoài và hạn chế được việc lệ thuộc vào bí mật công nghệ đặc biệt là trong lĩnh vực quân sự

Xuất phát từ tính cấp thiết đã trình bày trên đây, cùng với sự hướng dẫn của tập thể các thầy hướng dẫn, NCS đã thực hiện luận án với tiêu đề:

“Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế

(MBSE) bằng ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống SysML kết hợp ngôn ngữ

mô phỏng hướng đối tượng Modelica với Automate lai

Kết quả nghiên cứu cần đạt được là làm chủ công nghệ tích hợp hướng đối tượng có thể tùy biến và tái sử dụng một cách nhanh chóng cho các ứng dụng điều khiển các thiết bị tự hành dưới nước khác nhau với hiệu năng điều khiển và an ninh cao Nhờ đó, việc chuyển giao công nghệ ứng dụng có thể sẽ được thực hiện một cách dễ dàng cho việc sản xuất ở trong

nước

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là thiết bị tự hành dưới nước không người lái AUV/ASV với các thông số kỹ thuật mô tả trên bảng 1.2 Các nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật Thủy khí và Tàu thủy, viện Cơ khí Động Lực, Trường đại học Bách khoa

Hà nội Do điều kiện hạn chế về thời gian cũng như chi phí về thiết bị (đặc biệt là các trang thiết bị, các cảm biến thích hợp phục vụ cho việc truyền thông dưới nước tích hợp trên AUV/ASV), phạm vi nghiên cứu của luận

án được giới hạn như sau:

- Thiết bị AUV/ASV được chế tạo và thử nghiệm trong bể thử giới hạn trong phạm vi 3 bậc tự do trên mặt phẳng ngang để đánh giá về tính tự hành là khả năng bám quỹ đạo định trước và ổn định hướng đi

- Nhiễu do ảnh hưởng của môi trường là nhiễu gây ra do sóng tuyến tính phổ bậc hai, không xét đến ảnh hưởng của dòng chảy và ảnh hưởng của gió; Tín hiệu nhiễu được đưa vào hệ thống qua giả lập mô phỏng vật

lý

iii Phương pháp nghiên cứu

Trong luận án, phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiê ̣m sẽ được tiến hành song song, sau đó các kết quả mô phỏng từ các

mô hình thiết kế lý thuyết sẽ được so sánh với kết quả thực nghiệm nhằm

đánh giá và đưa ra giải pháp tối ưu

3

iv Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao thông qua cụ thể hóa và

áp dụng kết hợp các phương thức điều khiển và công nghệ thực thi mới gần đây nhất; có thể ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, như: dân sự, cứu hộ, cứu nạn, an ninh và quốc phòng trên biển Dựa trên cơ sở bản thiết

kế chi tiết hệ thống được phát triển trong luận án, các nhà sản xuất và khai thác có thể dễ dàng tùy biến và tái sử dụng cho các ứng dụng điều khiển các thiết bị tự hành dưới nước khác nhau, đặc biệt trong bối cảnh tại Việt Nam

v Các điểm mới của luận án đạt được

+ Xây dựng phương thức điều khiển tích phân cuốn chiếu (IB) kết

hợp với bộ lọc Kalman mở rộng (EKF) lấy Automate lai (HA) làm nền

tảng cho hệ thống điều khiển của AUV/ASV

+ Đưa ra quy trình phân tích, thiết kế và thực thi hướng đối tượng bằng phương pháp công nghệ hệ thống hướng mô hình (MBSE/OOSEM) với ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống (SysML) và ngôn ngữ mô phỏng

Modelica Thiết kế chi tiết của hệ thống điều khiển có thể dễ dàng tùy biến

và tái sử dụng cho các ứng dụng điều khiển các thiết bị tự hành dưới nước khác nhau

+ Thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống điều khiển mô hình nhằm thực nghiệm tính ổn định hướng đi và bám quỹ đạo cho AUV/ASV với cấu hình vật lý có sẵn

vi Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày theo các nội dung chính sau:

 Mở đầu

 Chương 1 Nghiên cứu tổng quan

 Chương 2 Phương pháp mô hình hóa, mô phỏng và thi hành hệ thống điều khiển thiết bị tự hành AUV/ASV

 Chương 3 Quy trình phân tích thiết kế, mô phỏng và thi hành hệ

thống điều khiển cho thiết bị tự hành AUV/ASV với SysML/Modelica và Automate lai

 Chương 4 Thử nghiệm và đánh giá kết quả

 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về phương tiện tự hành trên biển AUV/ASV

1.1.1 Sơ lược về AUV/ASV

Ngày nay, cùng với việc phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật cũng như ứng dụng các tiến bộ của khoa học đối với các ngành khác nhau, lĩnh vực nghiên cứu về đại dương rất cần các phương tiện tự hành dưới nước AUV/ASV nhằm mục đích nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu như:

4

cảnh báo thiên tai sóng thần, dự báo thời tiết, nghiên cứu đáy đại dương, trong mục đích dân sự, như là thăm dò các nguồn tài nguyên thiên nhiên dưới biển, do nguồn tài nguyên trên đất liền ngày càng cạn kiệt dần và nhu cầu thiết yếu cho cuộc sống của con người ngày càng tăng cao

Đặc biệt đối với nền an ninh quốc phòng của các nước, có thể nói AUV/ASV là một trong những thành phần phục vụ tác chiến quan trọng trong chiến lược bảo vệ và duy trì lãnh hải

1.2 Hệ thống điều khiển AUV/ASV

1.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển AUV/ASV

Để một AUV/ASV có thể hoạt động được một cách tự hành, kiến trúc điều khiển của nó phải có ba hệ thống chính (hình 1.5): Hệ thống dẫn đường nhằm đưa ra quỹ đạo cho phương tiện chuyển động bám theo; hệ thống định vị để xác định các trạng thái hiện hành của phương tiện; và hệ thống điều khiển nhằm tính toán và áp dụng theo mô hình thủy động lực học thích hợp trong vận hành

1.2.2 Cấu trúc động lực lai công nghiệp

Trong luận án, hệ thống điều khiển và các cơ cấu chấp hành được mô hình hóa với các sự kiện rời rạc, các ứng xử liên tục cũng như sự kết hợp giữa các thành phần rời rạc và liên tục này

Hình 1.6 mô tả sơ đồ khối của một hệ thống động lực lai công nghiệp điển hình

1.2.3 Một số bộ điều khiển được ứng dụng trên AUV/ASV

Điều khiển phương tiện tự hành dưới nước là một công việc vô cùng khó khăn và phức tạp do môi trường nước, đặc biệt là trong môi trường đại dương, xuất hiện rất nhiều các yếu tố khác nhau tác động lên AUV/ASV như sóng, gió, các dòng hải lưu tạo nên các lực phức tạp và phi tuyến Các bộ điều khiển từ phức tạp đến đơn giản theo lịch sử phát triển

đã lần lượt xuất hiện trên AUV/ASV như: PID, Lô gic mờ, điều khiển

5

thích nghi, bộ điều khiển trượt SMC…

1.2.4 Bộ điều khiển cuốn chiếu tích phân IB

Trong nghiên cứu này, việc thiết kế bộ điều khiển cho AUV/ASV với phương pháp luận dựa trên nền tảng là thuật toán cuốn chiếu tích phân (IB) Phương pháp này xuất hiện vào khoảng đầu những năm 90, được đánh giá như một phương pháp thiết kế bộ điều khiển nhiều triển vọng cho đối tượng phi tuyến

1.3 Công nghệ hệ thống hướng mô hình dựa trên nền tảng công nghệ hướng đối tượng

1.3.1 Công nghệ hướng đối tượng hướng theo mô hình

Xuất phát từ yêu cầu trong ngữ cảnh sản xuất công nghiệp, việc tái sử dụng và tùy biến các mô đun điều khiển đã phát triển được áp dụng cho hệ thống ứng dụng mới là rất quan trọng, nhằm giảm chi phí, thời gian và nhân công sản xuất; đặc biệt là có thể làm chủ được công nghệ tránh phải nhập khẩu từ nước ngoài Do đó trong đề tài nghiên cứu này, NCS đã chọn công nghệ hướng đối tượng OOT dựa trên mô hình MBSE để phát triển hệ thống điều khiển phương tiện tự hành dưới nước AUV/ASV

1.3.2 Công nghệ hệ thống hướng theo mô hình

Công nghệ hệ thống hướng mô hình MBSE là một cách tiếp cận trong lĩnh vực công nghệ hệ thống, có thể được mô tả như một phương pháp ứng dụng mô hình hóa, phương pháp, các ngôn ngữ và các công cụ cho toàn bộ vòng đời của các hệ thống lớn, phức tạp, giao thoa từ nhiều lĩnh vực khác nhau như cơ khí, tự động hóa Hình 1.7 là một VD về tiếp cận MBSE trong thiết kế hệ thống

Hình 1.7 Một ví dụ về tiếp cận

MBSE trong thiết kế hệ thống

Hình 1.8 Các thành phần chính của công nghệ hệ thống theo mô

hình

6

Thành phần chính của MBSE Để thực hiện phân tích, thiết kế và thực

thi hệ thống theo hướng tiếp cận MBSE thì một kỹ sư hệ thống cần phải trang bị kiến thức về: ngôn ngữ mô hình hóa, phương pháp/quy trình mô

hình hóa và công cụ để mô hình hóa (hình 1.8)

Một số ứng dụng của công nghệ MBSE trong công nghiệp Các ứng

dụng của MBSE là rất rộng lớn, trải rộng từ các lĩnh vực quân sự quốc phòng, hàng không vũ trụ tới các ứng dụng cho các ngành công nghiệp

như y tế, sản xuất, kinh doanh thuộc lĩnh vực dân sự

1.4 Cấu hình cho bài toán áp dụng

Phương pháp luận Trong nghiên cứu, phương pháp luận OOSEM đã được sử dụng trong việc phân tích thiết kế và thực thi đối với AUV/ASV Kiến trúc bộ điều khiển Nhóm nghiên cứu đưa vào luật điều khiển

điều khiển cuốn chiếu kết hợp với bộ lọc EKF cho bộ điều khiển của AUV/ASV trên nền Automate lai Thông số của thiết bị thử nghiệm được

mô tả trên bảng 1.2

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật thiết bị tự hành AUV/ASV

Kích thước (LxHxW) (1.50x0.20x0.20) m

Thời gian hoạt động trung bình 30 phút

Trong chương này, luận án đã trình bày nghiên cứu tổng quan về thiết

bị tự hành AUV/ASV bao gồm các điểm chính sau:

- Sơ lược về thiết bị tự hành trên biển AUV/ASV cũng như các ứng dụng tiêu biểu nhất đang được ứng dụng của thiết bị này

- Tổng quát về các hệ điều khiển cũng như các luật điều khiển có thể được áp dụng trên thiết bị tự hành AUV/ASV

- Giới thiệu tổng quan về phân tích thiết kế hệ thống hướng đối tượng theo cách tiếp cận MBSE cũng như phương pháp luận OOSEM đối với các hệ thống động lực công nghiệp

- Lựa chọn giải pháp nghiên cứu cho hệ thống điều khiển cũng như cấu hình ứng dụng của thiết bị AUV/ASV

7

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG VÀ THI HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH

AUV/ASV 2.1 Mô hình động lực học điều khiển tổng quát AUV/ASV

2.1.1 Các hệ tọa độ

Hình 2.1 Các hệ tọa độ thiết bị dưới nước

Khi nghiên cứu về mô hình chuyển động của thiết bị dưới nước ta coi nó là một vật rắn với 6 bậc tự do và được mô tả trên hình 2.1 Từ 6 thành phần độc lập trong hệ tọa độ để xác định vị trí và định hướng của thiết bị này

2.1.2 Phương trình động lực học tổng quát AUV/ASV

Trong quá trình hoạt động, một phương tiện dưới nước chuyển động theo 6 bậc tự do được biểu diễn bởi phương trình sau:

Trong đó: ν = (u, v, w, p, q,r ) T là vận tốc của AUV/ASV trong hệ

quy chiếu gắn với phương tiện; η = (x,y, z, ϕ,θ,ψ ) T là vị trí toạ độ và góc

Euler; M = M RB + M A là ma trận quán tính 6 x 6 bao gồm vật rắn chuyển động MRB và khối lượng bổ sung MA; (ν)=C RB (ν)+C A (ν) là ma trận Coriolis và lực ly tâm 6 x 6 kèm theo khối lượng bổ sung; D(ν)=D+D n (ν):

giảm chấn thủy động lực tuyến tính và phi tuyến được biễu diễn bởi ma trận 6 x 6, D biểu diễn đại lượng giảm chấn tuyến tính, Dn(ν) biểu diễn đại

lượng giảm chấn phi tuyến; g(η) là véc tơ 6 x 1 của lực trọng trường, các

lực và mô men nổi;  là véc tơ 6 x 1 lực điều khiển, =(X, Y, Z, K,

M, N) T g o là véc tơ lực và mô men dùng để điểu khiển cân bằng;  là véc

tơ 6 x 1 của các ảnh hưởng nhiễu tác động do môi trường gây ra, như là

sóng, gió và dòng hải lưu

8

2.1.3 Tác động của môi trường tới AUV/ASV

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ nghiên cứu tới chuyển động chạy nổi của AUV/ASV trên mặt phẳng ngang, do vậy đối với tác động nhiễu do môi trường, chỉ có tác động do sóng Sự tạo sóng thường thường được diễn tả như là tổng của rất nhiều các thành phần của các con sóng với tần số khác nhau Chính vì thế có thể diễn tả trạng thái không đồng đều của bề mặt biển bằng cách sử dụng xếp chồng tuyến tính các con sóng (hình 2.3)

Đối với AUV/ASV phần ngập dưới nước coi như là một mặt phẳng song song với chiều dài L, bề rộng B và lực kéo T [23], khi đó ta có:

(2.12) (2.13)

2.2 Luật dẫn đường và mô hình hệ thống điều khiển thiết bị AUV/ASV trên mặt phẳng ngang

2.2.1 Luật dẫn đường thiết bị AUV/ASV

Quỹ đạo tham chiếu AUV/ASV Dữ liệu các điểm lộ trình WP chứa một tập hợp các véc tơ tọa độ điểm (xk, yk, zk) T , tốc độ Uk và góc quay trở

ψk Trong luận văn này chỉ xét đến chuyển động của AUV/ASV trên mặt

phẳng ngang, quỹ đạo AUV/ASV có thể được chia thành 2 thành phần (θ

k-1 , θ k ) với θ(t) là biến quỹ đạo vô hướng, được sử dụng để thiết lập quỹ đạo

mong muốn AUV/ASV

Hình 2.2 Thuật toán dẫn đường

trực thị LOS

Hình 2.3 Quang phổ sóng với 2 đỉnh

Thuật toán dẫn đường trực thị LOS được sử dụng trong luận án thể hiện trên hình 2.2

2.2.2 Mô hình hệ thống điều khiển AUV/ASV trên mặt phẳng ngang

Phương trình động lực học của AUV/ASV (2.1) có thể được viết lại như sau :

9

(2.15) Luật điều khiển có thể được chọn như sau (hình 2.5):

Hình 2.5 Mô hình giải thuật IB cho bộ điều khiển AUV/ASV

Đối với trường hợp AUV/ASV chuyển động trên mặt phẳng ngang xét trên 3 bậc tự do: trượt dọc, trượt ngang và quay trở, ma trận Ơ-le chuyển vị trong phương trình (2.1) sẽ chuyển thành ma trận xoay theo phương quay trở

Với giả thiết trong trường hợp này, các lực trọng trường và lực nổi là cân bằng và

Phân bố lực điều khiển: Như đã phân tích tại phần 1.2.1, bộ phân bố

lực điều khiển có chức năng phân bố các tín hiệu điều khiển đến từng cơ cấu chấp hành tương ứng để tạo ra các lực điều khiển tác động lên AUV/ASV ứng với các trạng thái vận hành (hình 2.6)

Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển AUV/ASV

10

2.2.3 Bộ lọc EKF và mô hình thực thi HA cho AUV/ASV

Bộ lọc EKF: Để có thể kết hợp các khối mô hình nhiễu đo đạc và

nhiễu hệ thống, các nhiễu này được coi là các nhiễu trắng, có phân bố Gauss, và được lọc nhiễu thông qua bộ lọc EKF bao gồm các thuật toán dự đoán/cập nhật, được mô tả như sau:

Step EKF predict

Mô hình thực thi hệ thống điều khiển của AUV/ASV với HA: Để mô

hình hóa chi tiết toàn bộ cấu trúc và ứng xử của một IHDS hay AUV/ASV với giải thuật điều khiển được mô tả như trên thì chúng ta sử dụng HA bởi vì: Chỉ duy nhất một ứng xử liên tục tại một thời điểm được xác định; Có đại lượng bất biến để kiểm tra lại giả thuyết về trạng thái liên tục trong Automate lai; Automate lai được 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 được các công cụ phần mềm mô phỏng Một hệ Automate lai

được xác định bằng hàm số sau: H = (Q, X, , A, Inv, F, q o , x o ) (2.53)

2.2.4 Ứng dụng mô phỏng hệ thống điều khiển AUV/ASV

Hình 2.7 Kết quả mô phỏng với

OpenModelica trường hợp sử dụng

luật điều khiển PID tuyến tính

Hình 2.8 Kết quả mô phỏng với OpenModelica trường hợp sử dụng

bộ điều khiển IB kết hợp EKF

11

2.3 Phương pháp luận OOSEM trong phân tích thiết kế và thực thi

bộ điều khiển AUV/ASV

2.3.1 Quy trình thiết kế

Nhận biết các yêu cầu của hệ thống: Xác định các yếu tố cần thiết và

các giao thức ban đầu cho dự án, định nghĩa các thuộc tính ứng dụng cần thiết thỏa mãn các yêu cầu được đặt ra từ người sử dụng cuối

Hình 2.9 Kiến trúc qui trình phát triển tàu tự hành AUV/ASV Thiết kế kiến trúc hệ thống Tối ưu một giải pháp cho ứng dụng cụ thể

nhưng vẫn phù hợp với những mục tiêu với các mô hình phân tích Điểm quan trọng trong khâu thiết kế là phải thực hiên tối ưu

Tổng hợp và đánh giá và thử nghiệm hệ thống Quá trình kiểm định và

đánh giá nhằm để kiểm tra tính đúng đắn về chức năng, hiệu năng và độ tin cậy của mô hình thực thi để từ đó phát hiện ra các yếu điểm trong mô hình thiết kế, xem xét lại các vấn đề về tối ưu, cải tiến và bổ sung các chức năng còn lại cho ứng dụng

Kiến trúc quy trình phát triển thiết bị tự hành AUV/ASV mô tả trên hình 2.9

2.3.2 Sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống SysML kết hợp ngôn ngữ mô phỏng Modelica trong phân tích, thiết kế và thực thi

Ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống SysML: SysML là ngôn ngữ mô hình

hóa hướng đối tượng đã được chuẩn hóa bởi hiệp hội hướng đối tượng quốc tế OMG Nó được dùng để mô tả các mô hình quản trị yêu cầu, phân tích, thiết kế và thực thi các hệ thống động lực phức tạp về cấu trúc, ứng

xử động, đặc tính và các yêu cầu ràng buộc vận hành

Ngôn ngữ mô phỏng hướng đối tượng Modelica: Là một ngôn ngữ

hướng đối tượng, Modelica định nghĩa các loại hệ thống con vật lý, ví dụ như là động cơ servo, phần tử thủy lực điều khiển, khối điều khiển… như

là các lớp đối tượng Ứng xử của lớp đối tượng đó có thể được mô tả bằng

12

các phương trình đại số, phương trình vi phân, hoặc các thuật toán… Modelica hỗ trợ đặc tả các ứng xử dựa trên sự kiện; do đó, nó cho phép dễ dàng mô tả các mô hình rời rạc và liên tục của hệ thống IHDS

Tích hợp SysML-Modelica: Cách tiếp cận tích hợp SysML-Modelica

trước hết là đặc tả phần mở rộng SysML cho các thủ tục của Modelica, hay còn được gọi là “SysML4Modelica” Phần mở rộng SysML này sẽ đại diện cho các cấu trúc Modelica và sau đó được sử dụng để xác định chuyển đổi SysML-Modelica giữa các cấu trúc cụ thể với ngôn ngữ Modelica và ngược lại

Kết luận chương

Trong chương này, luận án đã phân tích về phương pháp mô hình hóa, mô phỏng và thi hành hệ thống điều khiển thiết bị tự hành AUV/ASV, bao gồm các điểm chính sau:

- Phân tích mô hình động lực học điều khiển đối với thiết bị cũng như tác động của môi trường tới AUV/ASV

- Đưa ra giải thuật điều khiển áp dụng trên thiết bị AUV/ASV: giải thuật IB kết hợp với EKF Một số kết quả mô phỏng sử dụng thuật điều khiển này khi so sánh với phương pháp trước đây cũng được đưa ra

- Tổng quan về quy trình phân tích thiết kế và thực thi AUV/ASV dựa trên phương pháp luận OOSEM với việc sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa

hệ thống SysML kết hợp với ngôn ngữ mô phỏng Modelica

Trong các chương tiếp theo, luận án sẽ đi sâu vào phân tích bản thiết

kế toàn đồ cũng như đưa ra các kịch bản thử nghiệm đối với thiết bị AUV/ASV nhằm minh họa tính đúng đắn và độ tin cậy của phương pháp cũng như mục tiêu mà luận án đã đề xuất

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH PHÂN TÍCH THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG

VÀ THI HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ AUV/ASV VỚI SYSML/MODELICA VÀ AUTOMATE LAI 3.1 Mô hình quản trị yêu cầu

3.1.1 Xác định cấu hình hệ thống

Sơ đồ khối chức năng thực thi của hệ thống điều khiển cho AUV/ASV

Từ mô hình động lực học của ứng dụng AUV/ASV kết hợp với kiến trúc điều khiển tổng quát đã được mô tả trên Hình 1.5 và các tính năng điều khiển, như là điều khiển hướng, độ sâu và vị trí, luận án đã đề xuất áp dụng sơ đồ khối chức năng thực thi như trên Hình 3.1, nhằm thực hiện triển khai các chế độ tự hành của AUV/ASV

13

Hình 3.1 Sơ đồ khối chức năng thực thi của hệ thống điều khiển AUV/ASV

Hình 3.2 Các khối chính trong cấu trúc điều khiển tổng quát AUV/ASV

3.1.2 Mô hình hóa trực quan yêu cầu hệ thống

Để nắm bắt các yêu cầu hướng đối tượng chung, luận án trình bày một mô hình bao gồm các lớp trừu tượng thông qua việc sử dụng kiểu mở rộng trong mô hình hóa và sơ đồ lớp của SysML, nhằm mô tả các thành phần chức năng chính cho AUV/ASV được thể hiện trên Hình 3.3

Hình 3.3 Mô hình hóa các yêu cầu tổng quát của hệ thống

14

3.2 Mô hình phân tích và thiết kế

3.2.1 Xây dựng mô hình phân tích cho hệ thống điều khiển AUV/ASV

Xác định các ứng xử điều khiển của AUV/ASV

Hình 3.4 Mô hình hóa các trường hợp sử dụng của hệ thống

Hình 3.5 Kịch bản điều khiển bám theo quỹ đạo mong muốn