Điều khiển bám đường dựa trên chế độ trượt và luật dẫn VFLOS có ràng buộc vận tốc tiến cho tàu mặt nước thiếu cơ cấu chấp hành dưới tác động của nhiễu bất định
9 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FMC.2026.209-218Từ khóa:
Luật dẫn đường véc tơ LOS; Điều khiển trượt; Tàu mặt nước thiếu dẫn động ; Bộ lọc thông thấp.Tóm tắt
Bài báo đề xuất một phương pháp điều khiển bám đường bằng chế độ trượt dựa trên luật dẫn đường trường vectơ VFLOS có ràng buộc vận tốc tiến cho tàu mặt nước thiếu cơ cấu chấp hành chịu tác động của nhiễu không xác định. Để bảo đảm ràng buộc vận tốc tiến, hàm hyperbolic tangent được tích hợp vào luật dẫn đường VFLOS nhằm duy trì vận tốc tiến tham chiếu trong các giới hạn định trước. Trên cơ sở các tín hiệu dẫn đường, bộ điều khiển chế độ trượt được thiết kế để bảo đảm khả năng bám chính xác vận tốc tiến và góc hướng. Để giảm hiện tượng chattering của tín hiệu điều khiển, một bộ lọc thông thấp bậc nhất được bổ sung tại đầu ra của bộ điều khiển nhằm làm mượt lực đẩy và mô-men điều khiển. Phân tích ổn định theo Lyapunov chứng minh rằng mọi tín hiệu trong hệ kín đều bị chặn và các sai số bám đường hội tụ tiệm cận về không trong khi vẫn thỏa mãn các ràng buộc vận tốc đặt trước. Kết quả mô phỏng xác nhận tính hiệu quả và tính bền vững của phương pháp đề xuất dưới các điều kiện nhiễu khác nhau. Đồng thời, bộ lọc thông thấp giúp giảm đáng kể dao động của tín hiệu điều khiển mà ít làm suy giảm chất lượng bám đường. Phương pháp đề xuất cung cấp một giải pháp hiệu quả cho bài toán điều khiển bám đường có ràng buộc đối với tàu mặt nước thiếu cơ cấu chấp hành hoạt động trong môi trường biển bất định.
Tài liệu tham khảo
[1]. C. Liu, T. Sun and X. Wang, “Constrained LOS guidance for path following of underactuated marine vehicle with input saturation”, Ocean Engineering, Vol. 307, p. 118217, (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.118217
[2]. T. I. Fossen, “Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control”, John Wiley & Sons, (2011). DOI: https://doi.org/10.1002/9781119994138
[3]. H. Tong et al., “Constrained control using novel nonlinear mapping for underactuated unmanned surface vehicles with unknown sideslip angle”, ISA Transactions, Vol. 141, (2023). DOI: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2023.06.034
[4]. N. H. Quang, “Robust adaptive path following controllers for autonomous surface vehicles with unknown disturbances”, Smart Systems and Devices, Vol. 34, No. 3, pp. 43–51, (2024). DOI: https://doi.org/10.51316/jst.176.ssad.2024.34.3.6
[5]. T. I. Fossen et al., “Line-of-sight path following for Dubins paths with adaptive sideslip compensation of drift forces”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, (2014). DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2014.2338354
[6]. Z. Peng et al., “Safety-certificated line-of-sight guidance of unmanned surface vehicles for straight-line following in a constrained water region subject to ocean currents”, Journal of Marine Science and Application, Vol. 22, No. 3, pp. 602–613, (2023). DOI: https://doi.org/10.1007/s11804-023-00351-9
[7]. Y. Wang, Y. Qu, S. Zhao, R. Cajo and H. Fu, “Smooth sliding mode control for path following of underactuated surface vehicles based on LOS guidance”, Journal of Marine Science and Engineering, Vol. 11, No. 12, p. 2214, (2023). DOI: https://doi.org/10.3390/jmse11122214
[8]. H. Zhang, X. Zhang and R. Bu, “Sliding mode adaptive control for ship path following with sideslip angle observer”, Ocean Engineering, Vol. 251, p. 111106, (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.111106
[9]. T. Elmokadem, M. Zribi and K. Youcef-Toumi, “Trajectory tracking sliding mode control of underactuated AUVs”, Nonlinear Dynamics, Vol. 84, pp. 1079–1091, (2016). DOI: https://doi.org/10.1007/s11071-015-2551-x
[10]. M. Li, C. Guo and H. Yu, “Extended state observer-based integral line-of-sight guidance law for path following of underactuated unmanned surface vehicles with uncertainties and ocean currents”, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 18, No. 3, (2021). DOI: https://doi.org/10.1177/17298814211011035
[11]. A. P. Aguiar and J. A. P. Hespanha, “Trajectory tracking and path-following of underactuated autonomous vehicles with parametric modeling uncertainty”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 52, No. 8, pp. 1362–1379, (2007). DOI: https://doi.org/10.1109/TAC.2007.902731
[12]. T. Liu, Z. Dong, H. Du, L. Song and Y. Mao, “Path following control of the underactuated USV based on the improved line-of-sight guidance algorithm”, Polish Maritime Research, Vol. 24, No. 1 (93), pp. 3–11, (2017). DOI: https://doi.org/10.1515/pomr-2017-0001
[13]. D. S. Cao, K. N. Trong, H. H. Vu and A. T. Nguyen, “A smooth robust controller for the path following of underactuated surface vehicles under disturbances”, JMST's Section on Computer Science and Control Engineering, No. CSCE9, pp. 3–12, (2025). DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.CSCE9.2025.3-12
[14]. A. M. Lekkas and T. I. Fossen, “Line-of-sight guidance for path following of marine vehicles”, Advanced in Marine Robotics, Vol. 5, pp. 63–92, (2013).
[15]. Swaroop et al., “Dynamic surface control of nonlinear systems”, Proceedings of the 1997 American Control Conference, Vol. 5, IEEE, (1997). DOI: https://doi.org/10.1109/ACC.1997.612013
[16]. D. Zhao, C. Li and Q. Zhu, “Low-pass-filter-based position synchronization sliding mode control for multiple robotic manipulator systems”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, Vol. 225, No. 8, pp. 1136–1148, (2011). DOI: https://doi.org/10.1177/0959651811401303
