Page 116 - Tạp chí Giao thông Vận Tải - Số Tết Dương Lịch

Số 12/2024 (748) KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Tập 64
Tập
6
4
Nghiên cứu đề xuất hướng tiếp cận điều khiển phi tuyến

cho hệ thống ổn định lắc Rotor Magnus

n ThS. PHẠM TẤT TIỆP; ThS. BÙI VĂN HƯNG; PGS. TS. NGUYỄN VĂN SƯỚNG (*)
Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Email: nguyenvansuong@vimaru.edu.vn
(*)

TÓM TẮT: Bài báo đề xuất một hướng tiếp cận động của tàu, an toàn của thuyền viên và hàng hóa trên
mới cho việc điều khiển hệ thống ổn định lắc. Hiện tàu. Bên cạnh đó, nhu cầu giảm lắc ngang tàu ngày nay trở
nay, bộ điều khiển PID đang được áp dụng rộng rãi nên cấp bách hơn khi ngày càng có nhiều hoạt động trên
trong các hệ thống điều khiển ổn định lắc tàu thủy, tàu đòi hỏi phải được thực hiện ở trạng thái cân bằng của
nhưng nó có những hạn chế nhất định khi phải đối tàu, chẳng hạn như trực thăng cất cánh và hạ cánh, hạ thủy
mặt với môi trường có tính phi tuyến cao và các yếu và kéo thuyền hoặc du lịch gần bờ… Vì vậy, giảm chuyển
tố biến đổi phức tạp của nhiễu ngoại cảnh. Bài báo động lắc ngang của tàu là một nhiệm vụ cần thiết và quan
sẽ phân tích những hạn chế của bộ điều khiển PID trọng trong lĩnh vực điều khiển chuyển động tàu thủy.
và đề xuất hướng phát triển điều khiển phi tuyến Để hạn chế chuyển động lắc ngang cho tàu thủy [1,
để cải thiện chất lượng điều khiển của hệ thống ổn 2], các thiết bị giảm lắc ngang [9] bao gồm: Vây giảm lắc cố
định lắc ngang tàu thủy.
định (Bilge keel), vây giảm lắc chủ động (Fin stabilizer), con
TỪ KHÓA: Hệ thống ổn định lắc Rotor Magnus, quay hồi chuyển giảm lắc ngang (Gyrostabilizer), két nước
điều khiển tự động PID, điều khiển trượt. giảm lắc (Anti - Rolling Tank)… Tuy nhiên, các thiết bị ổn
ABSTRACT: This paper studies and proposes định lắc ngang truyền thống này có một số hạn chế. Đối
a new approach to controlling the stabilization với việc lắp đặt vây giảm lắc cố định (Bilge keel) thường
system based on the Rotor Magnus effect. The PID làm tăng thêm lực cản của tàu và hiệu quả giảm lắc của hệ
system is currently widely applied in stabilization thống sẽ giảm đáng kể nếu tàu chạy ở tốc độ cao. Với két
control systems, but it has limitations when nước giảm lắc (Anti - Rolling Tank) thì mặt hạn chế là yêu
dealing with highly nonlinear environments and cầu các tàu có không gian trong các khoang/két phải lớn.
complex variable factors. The paper will present the Tương tự, hệ thống vây giảm lắc chủ động ít hiệu quả khi
operating mechanism of the Magnus Rotor effect
and its application in reducing ship rolling. Next, we tàu chạy ở tốc độ thấp và khi tốc độ tàu bằng không. Đối
will analyze the PID control model and the trends in với tốc độ tàu bằng không, hai hệ thống ổn định hóa hiệu
nonlinear approaches to enhance system efficiency quả nhất được chế tạo là hệ thống con quay hồi chuyển và
under different operational conditions. Rotor Magnus đem lại hiệu quả đáng kể.
Xét về khía cạnh điều khiển, các hệ thống điều khiển
KEYWORDS: Magnus effect, application of magnus gần đây [4] đều sử dụng bộ điều khiển PID vì tính đơn giản,
effect in reducing the rolling motion of ships, ship, rolling.
dễ dàng cài đặt, dễ hiệu chỉnh. Tuy nhiên, khi có sự thay đổi
về động lực học, nhiễu ngoại cảnh thay đổi, sai số trong
mô hình cơ cấu điều khiển… thì chất lượng điều khiển
của hệ thống điều khiển PID bị ảnh hưởng. Do đó, trong
nghiên cứu này chúng tôi đề xuất một hướng tiếp cận điều
khiển dựa trên lý thuyết điều khiển trượt phi tuyến cho hệ
1. ĐẶT VẤN ĐỀ thống ổn định lắc ngang tàu thủy Rotor Magnus như một
Khi tàu ở trên biển, do ảnh hưởng của gió, sóng và định hướng cho các nghiên cứu trong tương lai.
dòng chảy, tàu thủy thường xuyên chuyển động với sáu
bậc tự do: Các chuyển động trượt dọc (surge), trượt ngang 2. HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH LẮC NGANG TÀU THỦY
(sway), quay trở (yaw), chuyển động trượt đứng (heave), lắc ROTOR MAGNUS
ngang (roll) và lắc dọc (pitch). Trong đó, chuyển động lắc *) Hiệu ứng vật lý Magnus và ứng dụng trong ổn định
ngang được coi là nguy hiểm nhất vì nó ảnh hưởng xấu tới lắc tàu thủy:
cấu trúc tàu, sự thoải mái của thuyền viên, hiệu quả hoạt Hiệu ứng Magnus xảy ra khi một vật thể quay di

115