Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích và thiết kế điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn sysml-modelica và automate lai

- 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.
- 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.
- 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 2 điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysML-Modelica và Automate lai”.
- Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận án là nhằm đưa ra mô hình quản trị yêu cầu, phân tích, thiết kế, mô phỏng và thực thi một cách hiệu quả hệ thống điều khiển các thiết bị tự hành dưới nước AUV/ASV (ví dụ: tàu ngầm, ngư lôi, rô-bốt hoạt động dưới nước, các thiết bị phục vụ hải quân với mục đích quân sự, tàu thủy tự vận hành.
- dựa trên phương pháp cụ thể hóa cách tiếp cận kiến trúc hướng đối tượng hướng theo mô hình (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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Phương pháp mô hình hóa, mô phỏng và thi hành hệ thống điều khiển thiết bị tự hành AUV/ASV.
- 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.
- 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.
- 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.
- Hệ thống điều khiểnHệ thống dẫn đườngHệ thống dẫn đườngLuật điều khiểnLuật điều khiểnAUV/ASVNhiễu môi trườngNhiễu môi trườngHệ thống định vịHệ thống định vịƯớc lượng vị trí và trạng tháiQuỹ đạo thiết lậpTín hiệu điều khiểnPhân bố lực điều khiểnPhân bố lực điều khiểnLệnh điều khiển Hình 1.5.
- Sơ đồ hệ thống dẫn đường, định vị và điều khiển Hình 1.6.Sơ đồ khối mô tả hệ thống động lực lai công nghiệp IHDS 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Luật dẫn đường và mô hình hệ thống điều khiển thiết bị AUV/ASV trên mặt phẳng ngang 2.2.1.
- 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 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).
- Sơ đồ khối hệ thống điều khiển AUV/ASV 2.2.3.
- 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.
- 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.
- Một hệ Automate lai được xác định bằng hàm số sau: H = (Q, X, Σ, A, Inv, F, qo, xo 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 Yêu cầu người dùngPhát triển Yêu cầuĐánh giáĐánh giáKỹ thuậtĐo lường Mục tiêuKết quả đánh giáKiến trúc vật lýKiến trúc lôgic và chức năngĐo lường mục tiêuCác chức năng và các yêu cầuThiết kếKiến trúcKết quả đánh giáSắp xếpTổng hợpĐo lường Mục tiêuĐo lường mục tiêucác yêu cầu 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.
- 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.
- do đó, nó cho phép dễ dàng mô tả các mô hình rời rạc và liên tục của hệ thống IHDS.
- 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.
- 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.
- Kịch bản điều khiển bám theo quỹ đạo mong muốn 15 Hình 3.6.
- 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.
- 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).
- 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.
- 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 cạnh tranh trong thời gian thực của 5 khối điều khiển chính cho AUV/ASV được thể hiện 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.
- 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.
- 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=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=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.
- 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.
- Các qui tắc tùy biến và tái sử dụng các thành phần thiết kế được đưa ra nhằm ứng dụng trong điều khiển AUV/ASV.Dựa theo mô hình này, ứng dụng của luận án đã được mô phỏng và thực thi dựa trên các nền công 21 nghệ mã nguồn mở OpenModelica và Arduino cho hệ thống điều khiển AUV/ASV bám theo quĩ đạo đặt trước.
- Các kết quả mô phỏng đã được đưa ra nhằm nhận xét và đánh giá một số tính năng tự hành của thiết bị AUV/ASV.
- CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Điều kiện và kịch bản thử nghiệm trên thiết bị AUV/ASV 4.1.1 Mô hình thử nghiệm AUV/ASV Hình 4.1.
- Kịch bản 2: Đánh giá tính ổn định của hướng đi của mô hình.
- 4.2 Tích hợp hệ thống và qui trình thử nghiệm 4.2.1 Tích hợp các thiết bị phần cứng 22 Sơ đồ khối tổng quan kết nối phần cứng và các thiết bị ngoại vi chính cho hệ thống điều khiển AUV/ASV được thể hiện trên Hình 4.3 Hình 4.3.
- Thiết bị GPS và IMU được tích hợp trong thử nghiệm (a) và bảng vi mạch MCU-STM32-Cortex M4 lập trình được (b) 4.3 Tiến hành thử nghiệm và đánh giá hệ thống điều khiển tàu mô hình AUV/ASV 4.3.1 Mô tả thí nghiệm Hình 4.8.
- Thiết lập quỹ đạo mong muốn cho thiết bị AUV/ASV trong “trường hợp 1” Hình 4.9.
- Thiết lập quỹ đạo mong muốn cho thiết bị AUV/ASV trong “trường hợp 2” 4.3.2 Thử nghiệm kịch bản bám quỹ đạo của mô hình AUV/ASV Kết quả được thể hiện tại các hình 4.10 và 4.11.
- Kết luận chung Luận án trình bày mô hình phân tích, thiết kế và thực thi hệ thống điều khiển cho thiết bị tự hành dưới nước AUV/ASV.
- mô hình này dựa trên việc cụ thể hóa công nghệ hướng đối tượng hướng mô hình dựa trên phương pháp OOSEM và ngôn ngữ hệ thống SysML.
- Nghiên cứu tổng quan về AUV/ASV và các kỹ thuật mô hình hóa, mô phỏng và thực thi điều khiển.
- Dựa trên mô hình động lực học trong điều khiển AUV/ASV kết hợp với cụ thể hóa Automate lai (HA) thông qua các giả thuyết thi hành hệ thống nhằm đưa ra cấu trúc điều khiển cho AUV/ASV tự hành bám theo hướng đi và quỹ đạo mong muốn.
- Đưa ra mô hình phân tích, thiết kế và thực thi hướng đối tượng thông qua phương pháp luận OOSEM với ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống SysML và ngôn ngữ mô phỏng Modelica được kết hợp với sự hỗ trợ của các phần mềm IBM Rational Rapshody và OpenModelica.
- Từ đó, mô hình 24 thực thi được kết hợp với tùy biến nền công nghệ mã nguồn mở Arduino nhằm thực hiện nhanh chóng mô hình triển khai cho AUV/ASV.
- Thử nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá chương trình điều khiển thông qua các kịch bản cụ thể.
- kết quả thử nghiệm có thể minh họa mô hình điều khiển AUV/ASV với cấu hình vật lý sẵn có (thân vỏ và hệ động lực đẩy), nhằm khẳng định được tính ổn định và tính năng điều khiển phù hợp với mô hình phân tích và thiết kế đã được đề xuất.
- Nghiên cứu công nghệ hướng đối tượng MBSE với chuẩn SysML/Modelica được kết hợp HA để phân tích, thiết kế và thực thi hệ thống điều khiển cho thiết bị AUV/ASV.
- Cụ thể hóa phương pháp điều khiển : Điều khiển tích phân cuốn chiếu IB kết hợp với EKF lấy HA làm nền tảng cho hệ thống điều khiển của AUV/ASV.
- 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 (các thông số thủy động lực học trong điều khiển đã cho trước.
- Thiết kế chi tiết của hệ thống điều khiển này 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.
- Tuy nhiên, trong luận án có một số điểm hạn chế như sau: Trong phạm vi điều kiện về trang thiết bị ngoại vi còn giới hạn, luận án chỉ dừng ở mức thử nghiệm hệ thống điều khiển với khả năng ổn định hướng và bám quỹ đạo trên mặt phẳng ngang.
- Các thử nghiệm mô phỏng liên quan đến nhiễu của môi trường mới chỉ được thực hiện với tín hiệu nhiễu giả lập đưa trực tiếp vào chương trình điều khiển của hệ thống, chưa được thực hiện với điều kiện hệ thống nhiễu và đo lường trên thực tế.
- Cách tiếp cận đề xuất trên đây có thể được phát triển tiếp theo cho ứng dụng điều khiển phối hợp cho nhóm các AUV/ASV tự hành theo đội hình.
- Nguyễn Hoài Nam, Ngô Văn Hiền, Vũ Duy Quang (2012) Tích hợp ngôn ngữ mô hình hóa hệ thống SysML/Modelica để thực thi các hệ thống động lực công nghiệp.
- Nguyễn Hoài Nam, Khương Minh Tuấn, Ngô Văn Hiền, Vũ Duy Quang (2013) Mô hình điều khiển theo đường dẫn phi tuyến cho phương tiện tự hành dưới nước.
- Khương Minh Tuấn, Nguyễn Hoài Nam, Ngô Văn Hiền, Vũ Duy Quang (2013) Mô hình phân tích và mô phỏng hướng đối tượng cho bộ điều khiển tàu lặn không người lái cỡ nhỏ tự hành bằng Automate lai và ngôn ngữ Modelica.
- Nguyễn Hoài Nam, Ngô Văn Hiền, Vũ Duy Quang (2014) Phương pháp phân tích, thiết kế và thực thi hệ thống điều khiển cho phương tiện biển tự hành bám theo quỹ đạo bằng tích hợp SysML-Modelica với Automate lai.
- Khương Minh Tuấn, Nguyễn Hoài Nam, Ngô Văn Hiền, Vũ Duy Quang (2014) Bộ điều khiển bám quỹ đạo cho tàu thủy tự hành dựa trên tích hợp EKF và automate lai.
- Hiền (2014) Qui trình hướng đối tượng trong mô hình hóa và mô phỏng các hệ thống cơ điện tử điều khiển thông qua tích hợp SysML/Modelica/MDA với Automate lai

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt