Nâng cao chất lượng hệ thống định vị động tàu dịch vụ dưới tác động không mong muốn với giải thuật Fuzzy Takagi-Sugeno

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ ĐỘNG TÀU DỊCH VỤ DƯỚI<br /> TÁC ĐỘNG KHÔNG MONG MUỐN VỚI GIẢI THUẬT FUZZY TAKAGI-SUGENO<br /> ENHANCING QUALITY OF THE DYNAMIC POSITIONING SYSTEM FOR<br /> SUPPLY VESSEL UNDER UNEXPECTED IMPACT BASED ON FUZZY TAKAGI-<br /> SUGENO ALGORITHM<br /> ĐỖ VIỆT DŨNG1,2, ĐẶNG XUÂN KIÊN1, HỒ LÊ ANH HOÀNG3<br /> 1Trường Đại học Giao thông vận tải Tp. Hồ Chí Minh<br /> 2Trường Cao đẳng Công nghệ cao Đồng An<br /> 3Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Vạn Xuân<br /> <br /> Tóm tắt<br /> Nguyên nhân gây ảnh hưởng đến chuyển động cân bằng tàu xuất phát từ những yếu tố<br /> biến đổi trong cấu trúc động học hay ảnh hưởng môi trường hoạt động như sóng, gió và<br /> dòng chảy. Bài báo phân tích những tác động không mong muốn đến hệ thống định vị<br /> động tàu dịch vụ dựa trên bộ điều khiển Fuzzy Takagi-Sugeno. Với các thành phần phi<br /> tuyến làm thay đổi thông số mô hình có thể quan sát và xấp xỉ hóa trong cấu trúc mờ, từ<br /> đó nâng cao chất lượng tín hiệu điều khiển giúp hệ thống định vị động nhanh tiến tới<br /> miền ổn định.<br /> Từ khóa: Định vị động, Fuzzy Takagi-Sugeno, tàu dịch vụ.<br /> Abstract<br /> The causes of ship imbalance motion come from variable factors in kinetic structure or<br /> environmental influences act as wave, wind and current. This paper analyzes unexpected<br /> effects on the dynamic positioning system for supply vessel based on the Fuzzy Takagi-<br /> Sugeno controller. Nonlinear components make the object parameter change, which can<br /> be observed and approximated by fuzzy structure, thereby improving the quality of control<br /> signal that help the dynamic positioning system fast-forward to a stability domain.<br /> Keywords: Dynamic positioning, Fuzzy Takagi-Sugeno,supply vessel.<br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Mục tiêu điều khiển hệ thống định vị động (DP) là tự động duy trì vị trí và hướng tàu ổn định<br /> mà không cần đến neo dưới ảnh hưởng các tác động bên ngoài hay sai số cấu trúc động học tàu,<br /> những ngoại lực không mong muốn này làm giảm chính xác cũng như tính ổn định trong bài toán<br /> điều khiển hệ thống định vị động. Phương pháp điều khiển cấu trúc mô hình tiểu não (CMAC) trên<br /> nền tảng giải thuật PID [1] nhằm xấp xỉ hóa thành phần phi tuyến do ảnh hưởng môi trường và kết<br /> quả đạt được cho thấy khả năng thích nghi tốt, tuy nhiên đáp ứng đầu ra chưa ổn định khi xét<br /> trong miền thời gian lớn. Một nghiên cứu khác W.Jer Chang sử dụng giải thuật Fuzzy [2] điều<br /> khiển hệ thống DP với kết quả đạt được khá hứa hẹn, giới hạn nghiên cứu không bao hàm đến tác<br /> động yếu tố ngoại vi. Để giải quyết tồn tại trên trong một công trình nghiên cứu gần đây Steinar<br /> Saelid đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu kết hợp bộ lọc Kalman [3] quan sát để loại trừ ảnh<br /> hưởng ngoại lực, kết quả mô phỏng chứng tỏ giải pháp đưa ra rất hiệu quả. Nhưng hạn chế công<br /> trình chỉ mới khảo sát đến ảnh hưởng dòng chảy và gió chưa đề cập đến sai số cấu trúc đối tượng<br /> bởi thành phần sóng tần số cao gây ra. Bài báo này khảo sát hệ thống định vị động tàu dịch vụ với<br /> giải thuật Fuzzy Takagi-Sugeno (TS) dưới những tác động không mong muốn, với các thành phần<br /> ảnh hưởng được phân tích, mô hình hóa chi tiết và đầy đủ. Từ đó giúp tham số phi tuyến được<br /> ước lượng chính xác và có độ tin cậy cao hơn, đồng thời cải thiện chất lượng bộ điều khiển giúp<br /> hệ thống định vị động nhanh tiến tới miền ổn định.<br /> 2. Mô hình toán hệ thống DP<br /> 2.1. Mô hình động học hệ thống DP<br /> Để mô tả chuyển động của tàu trên biển trong hai hệ trục tọa độ được minh họa trong hình 1<br /> gồm hệ trục tọa độ gắn với tàu