Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Phi Tuyến Bền Vững Cho Cần Trục Container Đặt Trên Phao Nổi

1. Thông tin Luận án

• Tên Luận án: Nghiên cứu hệ thống điều khiển phi tuyến bền vững cho cần trục container đặt trên phao nổi
• Tác giả: Phạm Văn Triệu
• Số trang file pdf: 111 trang
• Năm: 2019
• Nơi xuất bản: Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
• Chuyên ngành học: Kỹ thuật cơ khí động lực; Chuyên ngành: Khai thác, bảo trì tàu thủy
• Từ khoá: Điều khiển phi tuyến, cần trục container, phao nổi, điều khiển trượt, mạng nơ ron, bộ quan sát

2. Nội dung chính

Luận án tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán điều khiển phi tuyến bền vững cho cần trục container đặt trên phao nổi, một hệ thống phức tạp chịu tác động của nhiều yếu tố ngoại cảnh như sóng biển, gió và sự co giãn của cáp nâng. Bài toán đặt ra là làm thế nào để kiểm soát chính xác vị trí của xe con, độ dài cáp nâng, giảm thiểu góc lắc của container, đồng thời đảm bảo an toàn và hiệu quả làm hàng trong môi trường biển động. Luận án đã mô hình hóa hệ thống cần trục container đặt trên phao nổi dưới dạng mô hình hai chiều, sáu bậc tự do, có tính đến các yếu tố nhiễu động và sự đàn hồi của cáp nâng, từ đó thiết lập các phương trình vi phân chuyển động của hệ.

Sau khi xây dựng mô hình toán, luận án đề xuất ba thuật toán điều khiển phi tuyến bền vững, đó là: điều khiển trượt bậc hai (SOSMC), điều khiển trượt bậc hai tích hợp mạng nơ-ron (NN-SOSMC), và điều khiển trượt bậc hai tích hợp bộ quan sát trạng thái (OB-SOSMC). Thuật toán SOSMC được thiết kế để đảm bảo tính bền vững của hệ thống trước các yếu tố nhiễu và sự thay đổi thông số. Thuật toán NN-SOSMC tăng cường tính thích nghi của hệ thống thông qua việc sử dụng mạng nơ-ron để ước lượng mô hình toán và các thông số hệ thống một cách linh hoạt, không phụ thuộc vào kiến thức chính xác về mô hình hệ thống. Thuật toán OB-SOSMC sử dụng bộ quan sát Luenberger để ước lượng vận tốc của các cơ cấu chấp hành, giảm thiểu việc sử dụng nhiều cảm biến đo vận tốc, từ đó giảm giá thành và độ phức tạp của hệ thống.

Luận án đã tiến hành mô phỏng số trên môi trường MATLAB/Simulink để kiểm chứng hiệu quả của các thuật toán điều khiển đề xuất. Kết quả cho thấy, cả ba thuật toán đều giúp hệ thống cần trục đạt được các yêu cầu điều khiển về độ chính xác, khả năng chống nhiễu và sự ổn định của các cơ cấu. Đặc biệt, các thuật toán cho thấy khả năng làm giảm dao động lắc của hàng hóa, giúp tăng độ an toàn và hiệu suất làm hàng. Thuật toán NN-SOSMC thể hiện khả năng thích nghi tốt với sự thay đổi của các thông số hệ thống, trong khi thuật toán OB-SOSMC cho phép giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống điều khiển bằng cách sử dụng bộ quan sát để ước lượng vận tốc.

Ngoài việc mô phỏng, luận án cũng đã tiến hành thực nghiệm trên mô hình cần trục container thu nhỏ để kiểm chứng các kết quả mô phỏng và đánh giá tính khả thi của các thuật toán điều khiển trong môi trường thực tế. Mô hình thực nghiệm được thiết kế với các cơ cấu điều khiển tương tự như cần trục thật, bao gồm cả đế kích động để mô phỏng ảnh hưởng của sóng biển. Kết quả thực nghiệm đã xác nhận các kết quả mô phỏng và cho thấy sự tương đồng giữa các đáp ứng mô phỏng và thực nghiệm, từ đó khẳng định tính tin cậy của các kết quả nghiên cứu và tính ứng dụng của các thuật toán điều khiển vào thực tế. Luận án cũng đề xuất hướng phát triển của đề tài trong tương lai, bao gồm việc mở rộng phạm vi nghiên cứu, kết hợp thêm các phương pháp điều khiển khác và áp dụng các kết quả nghiên cứu vào chế tạo cần trục container thực tế.