Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 1

Trang 1

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 2

Trang 2

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 3

Trang 3

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 4

Trang 4

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 5

Trang 5

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 6

Trang 6

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 7

Trang 7

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 8

Trang 8

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 9

Trang 9

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 28 trang nguyenduy 28/02/2024 240
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

Tóm tắt nội dung tài liệu: Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai

Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML- Modelica và Automate lai
ời 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 
Thông số Giá trị 
Kích thước (LxHxW) (1.50x0.20x0.20) m 
Khối lượng khô 11.20 kg 
Thời gian hoạt động trung bình 30 phút 
Pin 2xLi-Po 22.2 V; 20 000 mAh 
Công suất lớn nhất 224W 
Tốc độ di chuyển trung bình trên mặt phẳng ngang 1.50 m/s 
Phạm vi hoạt động 400 m 
Cơ cấu chấp hành 01 chân vịt 
02 hệ cánh hướng 
Kết luận chương 
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 
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG VÀ 
THI HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH 
AUV/ASV 
7 
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 = MRB + MA là ma trận quán tính 6 x 6 bao gồm vật rắn chuyển 
động MRB và khối lượng bổ sung MA; (ν)=CRB(ν)+CA(ν) là ma trận 
Coriolis và lực ly tâm 6 x 6 kèm theo khối lượng bổ sung; D(ν)=D+Dn(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 go 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. 
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 
8 
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) 
 (2.14) 
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 (θk-
1, θk) 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 : 
 (2.15) 
Luật điều khiển có thể được chọn như sau (hình 2.5): 
9 
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 
 (2.39) 
Và (2.40) 
Như vậy, phương trình (2.15) được viết lại như sau 
 (2.41) 
Trong đó: 
 (2.42) 
 (2.43) 
 (2.44) 
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 
2.2.3. Bộ lọc EKF và mô hình thực thi HA cho AUV/ASV 
10 
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 
Data : 
Result : 
 ; 
 end 
Step EKF update 
 Data : 
 Result : 
 ; 
 end 
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, qo, xo) (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 
15 
Hình 3.6. Máy trạng thái cục bộ của trường hợp sử dụng “Lái” 
Xác định ứng xử toàn cục của hệ thống 
Hình 3.7. Máy trạng thái toàn cục của AUV/ASV 
3.2.2 Mô hình thiết kế hệ thống điều khiển AUV/ASV 
Xuất phát từ mô hình động lực học điều khiển của AUV/ASV, từ mô 
hình phân tích và thiết kế đã nói ở trên, luận án xem xét hệ thống điều 
khiển của AUV/ASV như là một hệ thống động lực lai công nghiệp IHDS 
và ứng xử động của nó được mô hình hóa bởi Automate lai HAUV/ASV 
Các thành phần của một hệ HAUV/ASV được xác định như sau: : 
16 
HAUV/ASV = (Q, X, , A, Inv, F, qo, xo) 
Trong đó: 
- Q là tập trạng thái là tổ hợp các chế độ hoạt động của HAUV/ASV, : di 
chuyển theo mặt phẳngngang, duy trì vị trí, lặn nổi và các chuyển động 
RPY được kết hợp hoán vị với máy trạng thái cục bộ hướng tới các chế độ 
điều khiển hoạt động của hệ thống trong máy trạng thái cục bộ như đã nói 
trong hình 3.6); q0 là trạng thái ban đầu. 
- X là không gian trạng thái liên tục của HAUV/ASV, Xn ; x0 là giá trị 
ban đầu của trạng thái liên tục, x X 
-  là tập hợp hữu hạn các sự kiện tác động, ví dụ: các sự kiện tác 
động từ các hệ thống dẫn đường và định vị hoặc nhiễu từ môi trường . 
- A là tập hợp các dịch chuyển giữa các vị trí được xác định bởi (q, 
Guard, , Jump, q’), q Q, q’ Q, Guard - một tổ hợp điều kiện cho phép 
thực hiện dịch chuyển a A, 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 là một đại lượng được kết hợp vào các sự kiện trong không gian 
trạng thái, được gọi là đại lượng bất biến, dùng để theo dõi trạng thái liên 
tục phải được duy trì, cụ thể khi vị trí của hệ thống là q thì trạng thái liên 
tục phải được bảo đảm x inv(q). 
- F là hàm liên tục tổng thể (dòng liên tục), được xác định theo từng 
vị trí của hệ thống theo phương trình động lực học của AUV/ASV đã được 
mô tả bởi (2.1) và được thực thi bởi mô tả như trong sơ đồ khối thể hiện 
trên hình (3.1); tiến trình của dòng liên tục cụ thể fi F xuất hiện khi vị trí 
tương ứng qi Q của nó được kích hoạt. 
Để xây dựng cấu trúc tổng quát mô hình thiết kế hệ thống điều khiển 
AUV/ASV bằng SysML dựa trên HAUV/ASV, luận án đã thiết kế 5 khối điều 
khiển chính: khối thể hiện các thành phần liên tục (Continous Part Block), 
khối thể hiện các thành phần rời rạc (Discrete Part Block), ứng xử liên tục 
toàn cục tức thời (IGCB: Instantaneous Global Continuous Behavior 
Block), giao diện bên trong (Internal Interface Block) và giao diện bên 
ngoài (External Interface Block) để dễ dàng tổ chức, quản lý theo vết và 
tái sử dụng các thành phần được sinh ra trong quá trình thiết kế và thực thi 
hệ thống điều khiển AUV/ASV. Mẫu kết nối truyền đạt giữa các khối điều 
khiển chính bởi các cổng, giao thức và bộ kết nối được mô tả trong sơ đồ 
cấu trúc khối như trên Hình 3.9. 
17 
Hình 3.9. Mẫu kết nối truyền đạt giữa 
các khối điều khiển chính của 
AUV/ASV 
Hình 3.10. Sơ đồ tiến trình trong 
thời gian thực của 5 khối điều 
khiển chính nhằm thực thi HA 
cho AUV/ASV 
Kết hợp với các điều kiện ràng buộc và tiến trình thực thi HAUV/ASV của 
hệ thống điều khiển cho thiết bị AUV/ASV đã được đề xuất trong mô hình 
phân tích, tính caṇh tranh trong thời gian thực của 5 khối điều khiển chính 
cho AUV/ASV được thể hiêṇ trên Hı̀nh 3.10. 
3.3 Mô hình mô phỏng và thực thi hệ thống điều khiển AUV/ASV 
3.3.1 Mô hình chuyển đổi SysML-Modelica 
Như đã phân tích ở chương 2, luận án trước tiên tạo ra các mô hình 
phân tích và thiết kế hệ thống trong các công cụ phần mềm mô hình hóa 
với SysML. Sau đó, áp dụng phần mở rộng SysML4Modelica để tạo ra mô 
hình phát triển mới trong khung nhìn Modelica 
Hình 3.11. Mô hình chuyển đổi tổng quát 
3.3.2 Mô hình mô phỏng và thực thi 
Sau khi tiến hành chuyển đổi từ mô hình thiết kế sang mô hình mô 
phỏng và thực thi với các luật chuyển đổi đã nêu ở phần trên, mô hình mô 
phỏng này cho phép chúng ta xác định một cách dễ dàng các tham số của 
phần tử điều khiển và kiểm định về mặt lý thuyết hiệu năng điều chỉnh của 
18 
hệ thống trước khi thi hành triển khai nó. Sau đó, mô hình thiết kế SysML 
sẽ được cập nhật lại với các giá trị thành phần điều khiển với mô hình mô 
phỏng tối ưu. 
 (a) 
 (b) 
model PI_Motor 
Modelica.Mechanics.Rotational.Components.Inertia Motor 
annotation(Placement(visible = true, transformation(origin = 
{6, 32}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 0))); 
Modelica.Blocks.Continuous.PI PI(k = 1) 
annotation(Placement(visible = true, transformation(origin = 
{-38, 32}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 0))); 
equation 
connect(PI.y, Motor.flange_a) annotation(Line(points = {{-27, 
32}, {-4, 32}}, color = {0, 0, 127})); 
annotation(uses(Modelica(version = "3.2.1")), Diagram(graphics 
= {Bitmap(origin = {-42, 40}, extent = {{-4, -4}, {4, 4}})})); 
end PI_Motor; 
(c) 
Hình 3.13. Mô hình chuyển đổi SysML-Modelica khối điều khiển 
Mô tơ-PI 
Hình 3.13 là mô hình chuyển đổi SysML-Modelica của khối điều 
khiển Mô tơ-PI trong khung nhìn của ngôn ngữ SysML 
Các hình dưới đây lần lượt từ 3.14 tới 3.18 là một số kết quả mô 
phỏng về khả năng ổn định hướng của AUV/ASV với các hướng đi đặt tại 
100 và 200 với các vận tốc lần lượt là 0,5m/s và 1m/s 
Hình 3.14. Kêt quả mô phỏng khả năng ổn định hướng AUV/ASV với 
thông số đầu vào v=1m/s, hướng đi đặt 100, bán kính rẽ 2,6m. 
19 
Hình 3.15. Kêt quả mô phỏng khả năng ổn định hướng AUV/ASV với 
thông số đầu vào v=0,5m/s, hướng đi đặt 200, bán kính rẽ 2,6m. 
Hình 3.16. Kêt quả mô phỏng khả năng ổn định hướng AUV/ASV với 
thông số đầu vào v=1 m/s, hướng đi đặt 200, bán kính rẽ 3,2 m 
Hình 3.17. Kêt quả mô phỏng khả năng ổn định hướng AUV/ASV với 
thông số đầu vào v=0,5m/s, hướng đi đặt 300, bán kính rẽ 3,1m 
Hình 3.18. Kêt quả mô phỏng khả năng ổn định hướng AUV/ASV với 
thông số đầu vào v=1 m/s, hướng đi đặt 300, bán kính rẽ 3,9m 
3.3.3 Mô hình cài đặt và triển khai 
Để tiến hành triển khai thi hành bản thiết kế, mô hình thiết kế 
SysML với các thành phần điều khiển được sửa đổi và tối ưu trong mô 
hình thực thi được cập nhật để có được mô hình thiết kế mới cho các mô 
20 
hình thi hành và triển khai AUV/ASV, được chuyển đổi thành mã 
Modelica thông qua các nguyên tắc đã được phân tích tại 3.3.1 trong khối 
SysML4Modelica. Khối này dựa trên việc thực thi hướng đối tượng trên 
môi trường phát triển mô phỏng động lực học có hỗ trợ ngôn ngữ lập trình 
hướng đối tượng như C++ nhằm thực hiện toàn bộ hệ thống điều khiển 
AUV/ASV với vi xử lý hoặc bộ lập trình lô gíc tương thích. 
Hình 3.19. Sơ đồ thực thi hướng đối tượng của HAUV/ASV cho thiết bị 
AUV/ASV 
Kết luận chương 
Trong chương này, luận án đã trình bày và phân tích toàn bộ quy 
trình phân tích, thiết kế và thực thi hướng đối tượng để phát triển hệ thống 
điều khiển cho thiết bị AUV/ASV, kèm theo mô hình cấu trúc và ứng xử 
điều khiển phi tuyến lai đã được đề xuất và đánh giá chất lượng sơ bộ 
trong Chương 2. Từ đó, xây dựng qui trình cụ thể hóa mô hình phân tích, 
thiết kế và thực thi với SysML dựa trên phương pháp luận OOSEM để 
phát triển theo hướng đối tượng cho hệ thống điều khiển AUV/ASV, cụ 
thể là: 
- Trong mô hình phân tích, việc cụ thể hóa mô hình trường hợp sử 
dụng và đặc trưng của HAUV/ASV cho phép phân tích chi tiết cấu trúc và 
ứng xử của hệ thống điều khiển AUV/ASV; 
- Mô hình thiết kế đưa ra thiết kế chi tiết với SysML của hệ thống 
điều khiển; mô hình hệ thống con và cơ chế hướng đối tượng được sử 
dụng để xây dựng mô hình mô phỏng và thực thi của hệ thống này nhằm 
thực hiện giai đoạn thực thi mô phỏng và triển khai hệ thống; các qui tắc 
chuyển đổi mô hình đã được đưa ra và áp dụng, nó cho phép các mô hình 
thiết kế SysML có thể chuyển đổi sang mô hình mô phỏng Modelica. 
- Các qui tắc tùy biế

File đính kèm:

  • pdftom_tat_luan_an_nghien_cuu_phuong_phap_huong_doi_tuong_trong.pdf