Luận văn Ðiều khiển bù dao ðộng cho robot cẩu hàng ở bến cảng (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ðiều khiển bù dao ðộng cho robot cẩu hàng ở bến cảng (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MẠNH TUẤN ÐIỀU KHIỂN BÙ DAO ÐỘNG CHO ROBOT CẨU HÀNG Ở BẾN CẢNG NGÀNH : KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 0 5 2 3 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MẠNH TUẤN ĐIỀU KHIỂN BÙ DAO ĐỘNG CHO ROBOT CẨU HÀNG Ở BẾN CẢNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC i
4. I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Lê Mạnh Tuấn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 14-04-1987 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Hưng Yên Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 50 Ấp Bắc, phường 5, Mỹ Tho, Tiền Giang. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: E-mail: leemanhtuan@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 01/2010 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện – điện tử Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Giám sát và điều khiển thiết bị qua mạng internet. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Đình Phú 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2015 đến 04/2017 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện tử Tên đồ án, luận án: Điều khiển bù dao động cho robot cẩu hang ở bến cảng. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: Ts. Ngô Văn Thuyên III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 10/2011 Đại học Giao Thông Vận Tải-Cơ sở 2 Trợ giảng 10/2013 Đại học Giao Thông Vận Tải-Cơ sở 2 Giảng viên LỜI CAM ĐOAN ii
5. Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của Ts Ngô Văn Thuyên. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Lê Mạnh Tuấn iii
6. LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập tại trường cũng như trong thời gian thực hiện chuyên đề, người thực hiện đề tài đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, sự quan tâm, hỗ trợ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin gửi đến tất cả mọi người, các Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và đặc biệt nhất là GVHD thầy Ngô Văn Thuyên. Thầy đã ủng hộ tinh thần cho tôi, thầy đã giành nhiều thời gian, tâm huyết cùng với tri thức của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho tôi từ lúc mới nhận đề tài cho tới ngày hôm nay. Mặc dù tôi đã cố gắng để thực hiện chuyên đề một cách hoàn chỉnh nhất. Nhưng do có nhiều hạn chế trong công tác nghiên cứu, tiếp cận với thực tế sản xuất cũng như kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân tôi chưa thấy được. Tôi rất mong được sự góp ý của quý Thầy Cô và các bạn để cho luận văn sắp tới của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện Lê Mạnh Tuấn TÓM TẮT Ngày nay, Robot được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thường hoạt động trên bệ đỡ tĩnh. Đối với các Robot được cài đặt trên một bệ đỡ động là một thách thức và là một iv
7. lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển. Các hệ thống này được dùng trong các lĩnh vực như: Robot không gian, cánh tay robot di động, Robot lặng và hệ thống Robot xa bờ. Hệ thống vận tải biển (bến cảng, ngoài khơi) như: trung chuyển hàng hóa trên biển, lắp đặt giàn khoan hóa dầu là một ngành công nghiệp khá quan trọng. Đối với hệ thống robot cẩu xa bờ là những hệ thống hoạt động trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, chịu tác động của dao động sóng biển. Như vậy, bài toán đặt ra là điều khiển hệ thống hoạt động ổn định, an toàn, hiệu quả trong điều kiện khắc nghiệt trên biển. Đề tài này trình bày các hệ bù dao động cho robot cẩu trong môi trường có dao động như: hệ thống bù thụ động và hệ thống bù chủ động. Phương pháp hình học được sử dụng để giải động học nghịch cho robot. Thuật toán xây dựng bộ điều khiển bù dao động sóng biển cho robot là thuật toán bám quỹ đạo trực tuyến (OTG). Cảm biến được sử dụng cho việc xác định dao động tàu là cảm biến IMU 6 trục. Để có thể xác định chính xác chuyển động của tàu gây ra bởi sóng biển đề tài đã sử dụng phương pháp tổng hợp dữ liệu đa cảm biến dùng bộ lọc bù và bộ lọc Kalman. Kết quả thực nghiệm cho thấy robot cẩu có thể gắp được hàng hóa trong môi trường có dao động sóng biển. Điều này cho thấy phương pháp được đề xuất là đáng tin cậy. ABSTRACT Today, robots are widely used in the industry usually operate on fixed platform. For robots installed on a moving platform is a challenge and a growing field of research. These systems are used in such areas as space robots, mobile robots, underwater robots and v
8. offshore robot systems. The sea transport system (harbor, offshore) such as transshipment at sea, installation of petroleum drilling rig is a quite important industry. For offshore robotic systems are systems operating in harsh environmental conditions, subjected to wave-induced motions. Thus, the problem posed is to control the system operating stable, safe and effective in extreme conditions at sea. This thesis presents wave-induced compensation systems for crane robots in vibration environments such as passive and active compensation systems. The geometry method is used to solve inverse kinematic for robot. Algorithm to build wave-induced compensate controller for robot is Online Trajectory Generation algorithm. The sensor used for vessel motion determination is the 6-axis IMU sensor. In order to accurately determine vessel motion caused by wave, the thesis has used the multi-sensor data fusion method using the Kalman filter and complementary filter. Experimental results show that the loading and unloading operations is good in the environment with wave motion. This suggests that the proposed method is reliable. vi
9. MỤC LỤC 1 Chương 1 xiii 1.1 Tổng quan chung về hướng nghiên cứu 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 4 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 4 1.4 Phương pháp nghiên cứu 4 1.5 Nội dung của đề tài 4 2 Chương 2 6 2.1 Chuyển động tàu do sóng biển 6 2.1.1 Chuyển động sóng biển 6 2.1.2 Chuyển động của tàu do sóng biển 7 2.2 Động học robot 8 2.2.1 Động học thuận 8 2.2.2 Động học nghịch 10 2.3 Các hệ thống bù dao động cho cần trục 13 2.3.1 Hệ thống bù dao động thụ động và chủ động 14 2.3.2 Các phương pháp bù dao động chủ động 16 2.4 Cảm biến IMU (Inertial measurement unit) 21 2.4.1 Chức năng 21 2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 22 2.5 Phương pháp tổng hợp dữ liệu cảm biến 25 2.5.1 Giới thiệu 25 2.5.2 Tổng hợp cảm biến bằng bộ lọc bù 26 2.5.3 Tổng hợp cảm biến bằng bộ lọc Kalman 27 3 Chương 3 30 3.1 Tổng quan hệ thống 30 vii
10. 3.2 Hệ thống robot 31 3.2.1 Giới thiệu mô hình sử dụng 31 3.2.2 Bài toán động học thuận 33 3.2.3 Bài toán động học nghịch 36 3.3 Mô hình tàu dao động ba bậc 39 3.4 Khối cảm biến IMU đo dao động 40 3.4.1 Thông số cảm biến Error! Bookmark not defined. 3.4.2 Xử lý dữ liệu từ các cảm biến 40 4 Chương 4 43 4.1 Tổng hợp cảm biến 43 4.1.1 Thực thi bộ lọc bù cho cảm biến IMU 43 4.1.2 Thực hiện bộ lọc Kalman cho cảm biến IMU 44 4.2 Xây dựng chương trình điều khiển robot 46 5 Chương 5 48 5.1 Kết quả thi công 48 5.1.1 Khối mô hình tàu dao động 3 bậc 48 5.1.2 Khối điều khiển robot và cảm biến 49 5.2 Kết quả thực nghiệm 50 5.2.1 Xử lý dữ liệu IMU 50 5.2.2 Điều khiển bù dao động 53 6 Chương 6 54 6.1 Kết luận 54 6.2 Hướng phát triển 54 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 viii
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AHC Active Heave Compensation ix
12. PHC Passive Heave Compensation AHRS Attitude and Heading Reference System DH Denavit - Hertenberg MRU Motion Reference Unit PWM Pulse Width Modulation IK Inverse Kinematic IMU Inertial Measurement Unit MEMS Micro-ElectroMechanical Systems DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Hệ thống cần trục xa bờ 2 Hình 1.2. Hệ thống cần trục hạ tải xa bờ 2 Hình 1.3 Sơ đồ điều khiển Robot trong môi trường có dao động 3 Hình 2.1 Phổ sóng biển ở trạng thái biển 3 7 Hình 2.2 Chuyển động tàu 6 bậc tự do 7 x
13. Hình 2.3 Kết nối xác định tọa độ các khâu 9 Hình 2.4 Cánh tay robot 2 bậc 11 Hình 2.5 Mô hình cho phương pháp Jacobi 13 Hình 2.6 Hệ thống bù thụ động 14 Hình 2.7 Sơ đồ khối hệ thống bù chủ động 15 Hình 2.8 Hệ thống bù chủ động một bậc 16 Hình 2.9 Cơ cấu bù dao động ba bậc 16 Hình 2.10 Thiết lập mô hình động học cho cần trục 17 Hình 2.11 Sơ đồ mô tả định tính cho công thức (2.21) và (2.23) 20 Hình 2.12 Cấu tạo bên trong cảm biến 23 Hình 2.13 Cấu tạo cảm biến Gyro 24 Hình 2.14 Nguyên lý hiệu ứng Hall 25 Hình 2.15 Tổng hợp cảm biến dùng bộ lọc bù 26 Hình 2.16 Ước lượng góc dùng bộ lọc bù bậc 1 và bậc 2 27 Hình 2.17 Chu trình bộ lọc Kalman 28 Hình 2.18 Tổng quát mô hình hoạt động của bộ lọc Kalman. 30 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 31 Hình 3.2. Robot PhantomX Reactor có 5 bậc tự do 31 Hình 3.3. Cơ cấu các khớp và cánh tay Robot 32 Hình 3.4. Mô hình hóa cần trục theo cánh tay robot. 34 Hình 3.5. Xác định tọa độ lên các khâu 34 Hình 3.6. Mô hình cánh tay Robot trong không gian 37 Hình 3.7. Mô hình cánh tay trong mặt phẳng không gian OWZ 38 Hình 3.8. Thiết lập hướng cổ tay cho Robot 38 Hình 3.9. Mô hình cánh tay sau khi loại bỏ khớp cổ tay 39 Hình 3.10 Mô hình tàu dao động 3 bậc 40 Hình 3.11 Tính toán góc nghiêng (tilt) từ accelerometer 41 Hình 3.12. Tính toán góc xoay (Yaw) từ magnetomter 41 Hình 4.1 Sơ đồ khối bộ lọc bù bậc 2 44 Hình 5.1 Sơ đồ khối hệ thống 48 Hình 5.2 Mô hình tàu dao động 3 bậc 49 Hình 5.3 Mô hình hệ thống bù dao động 49 Hình 5.4 Giao diện điều khiển 50 xi
14. Hình 5.5 Ước lượng góc dùng bộ lọc bù bậc 1 51 Hình 5.6 Ước lượng góc dùng bộ lọc bù bậc 2 51 Hình 5.7 Ước lượng góc trong trạng thái ổn định 52 Hình 5.8 Ước lượng góc trong trạng thái rung 52 Hình 5.9 Ước lượng góc bộ lọc bù và Kalman 53 DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Mô tả trạng thái biển 6 Bảng 2.2 Chuyển động tàu theo trạng thái biển 8 Bảng 2.3 Các phương trình cập nhật thời gian 28 Bảng 2.4 Các phương trình cập nhật đo lường 28 Bảng 3.1. Chi tiết các khớp của Robot PhantomX 32 Bảng 3.2. Thông số động cơ servo 12AX 33 Bảng 3.3 Bảng thông số DH của Robot Xác định ma trận chuyền . 34 xii
15. 1 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về hướng nghiên cứu Ngày nay, Robot được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thường hoạt động trên bệ đỡ tĩnh. Đối với các Robot được cài đặt trên một bệ đỡ động là một thách thức và là một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển. Các hệ thống này được dùng trong các lĩnh vực như: Robot không gian, cánh tay Robot di động, Robot lặng và hệ thống Robot xa bờ. Cánh tay Robot được ứng dụng trong không gian để thực thi các hoạt động bảo trì, lắp ghép thiết bị, thực nghiệm khoa học Cánh tay Robot di động được phát triển để thực hiện những ứng dụng như thăm dò hay thám hiểm, vô hiệu hóa các thiết bị nổ hoặc độc hạị Gần đây các Robot hoạt động dưới nước hoặc trên thuyền đã trở thành lãnh thổ ứng dụng mới cho công nghệ Robot đặc biệt là làm việc trong một môi trường có dao động. Các Robot dùng để cẩu, di chuyển hàng hóa được sử dụng phổ biến, tuy nhiên với mỗi vị trí công việc mỗi Robot lại có phương thức làm việc khác nhau. Vấn đề ổn định cho Robot trong quá trình hoạt động được ưu tiên hàng đầu, đặc biệt khi Robot hoạt động trong môi trường có dao động như ở các cảng biển, trên tàu Có nhiều công trình nghiên cứu được thực hiện cho việc giữ ổn định khi Robot hoạt động trong nhiều môi trường hoạt động khác nhau, và trong môi trường có dao động, vấn đề này đang được quan tâm. Tại trạm Pasir Panjang, trạm mới nhất của cảng Singapore. Trạm này là một trong những nơi sử dụng tự động hóa lớn nhất thế giới [1]. Hiện tại, người ta kiểm soát sự quay khi điều khiển cần cẩu bằng những bộ phận cơ và hệ thống dây cáp giúp giảm sự quay lúc điều khiển, đây là hệ thống giúp giảm sự quay bị động, và người ta đang muốn nghiên cứu hệ thống giảm sự quay chủ động. Ngoài ra, khi xây dựng các công trình ở biển đảo, thì việc vận chuyển vật liệu xây dựng ra ngoài khơi vẫn còn gặp nhiều khó khăn do điều kiện trên biển [2]. Sóng biển làm hàng hóa đong đưa và làm cho việc vận chuyển vật liệu xuống tàu gặp khó khăn và mất nhiều thời gian. 1
16. Hình 1.1. Hệ thống cần trục xa bờ Hình 1.2. Hệ thống cần trục hạ tải xa bờ Do vậy, để tối ưu hóa hệ thống, tăng năng suất làm việc thì việc nghiên cứu ổn định cho hệ thống Robot cẩu hàng hoạt động trong môi trường có dao động là rất quan trọng. Rõ ràng, việc thực hiện này sẽ không chỉ giảm được chi phí, thời gian mà còn có thể đảm bảo an toàn trong việc chuyển hàng. Trong hình 1.3 biểu diễn sơ đồ điều khiển Robot trong môi trường có dao động. Trong việc thực hiện giảm, bù dao động cho các Robot cẩu hàng tại các cảng biển, bến tàu và ngay 2
17. cả việc chuyển hàng hóa giữa các tàu trên biển để Robot ổn định thì việc thiết kế bộ điều khiển, hệ thống bù dao động thích hợp cho việc làm tối ưu hệ thống là rất quan trọng. Hình 1.3 Sơ đồ điều khiển Robot trong môi trường có dao động Việc phân tích dao động của hệ thống cần trục xa bờ bao gồm sự chuyển động đung đưa của thùng hàng treo trên cần trục và sự dịch chuyển vị trí của thùng hàng theo tàu trên sóng biển khi nâng hạ. Trong môi trường biển gợn sóng thì không thể đảm bảo vận chuyển hàng hóa an toàn và tin cậy. Điều này đòi hỏi phát triển một hệ thống điều khiển xác định vị trí tự động một cách chính xác khi thực hiện nâng thùng hàng trên tàu dịch chuyển theo sóng biển. Trong hệ thống cần trục, sự dịch chuyển đung đưa của thùng hàng làm giảm độ an toàn và tốc độ nâng hạ hàng hóa. Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều nhà khoa học đề nghị nhiều phương pháp tính toán hệ thống bù dao động để làm tăng tính hiệu quả. Đối với hệ thống cần trục trên bờ, có nhiều chiến lược điều khiển đa dạng được đề xuất để khử chuyển động đung đưa của tải như: kỹ thuật nắm tín hiệu vào (input shaping) [3], điều khiển tối ưu [4] [5], mô hình điều khiển dự đoán [6], điều khiển trượt [7], điều khiển thích nghi [8] Đối với hệ thống cần trục xa bờ, gần đây các thuật toán điều khiển động cho cần trục xa bờ đã được nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu nâng hạ hàng hóa trên biển. Với những cần trục xa bờ thì sự chuyển động đung đưa của tải sẽ lớn hơn cần trục bờ. Như vậy, những phương pháp điều khiển truyền thống đã phát triển cho hệ thống cần trục bờ sẽ không ứng dụng được cho hệ thống cần trục xa bờ. Để bù chuyển động đung đưa cho cần trục xa bờ, các kỹ thuật điều khiển cần trục mới được đề xuất cùng với hệ thống cảm biến và cơ cấu chấp hành, lúc đó chúng ta xem xét thêm chuyện động của tải theo chuyển động sóng biển với cần trục được gắn trên tàu. Với một số công trình đã công bố như: Thiết kế mô hình điều khiển dự đoán để khử 3
18. dao động đung dưa cho cần trục trên tàu [9], Schaub đã giới thiệu một hệ thống cảm ứng chuyển động của tàu để bù cho chuyển động đung đưa của tải [10], Kim đã đề xuất hệ thống điều khiển chống đung đưa dùng điều khiển tối ưu phối hợp bộ điều chỉnh toàn phương tuyến tính (LQR) [11], Fang (2014) đã đề xuất bộ điều khiển phi tuyến hiệu suất cao cho việc bám quỹ đạo để giảm ảnh hưởng của chuyển động tàu lên chuyển động tải [12]. Tuy nhiên, các hệ thống điều khiển trên chỉ phát triển để giảm sự dao động của tải khi đã gắp lên cần trục mà không đề cập đến vị trí của tải trên tàu lúc chưa gắp. Nói cách khác, chúng ta đang xem xét một đối tượng cố định hơn là một đối tượng di chuyển. Do đó, để hoạt động trên môi trường biển được nhanh và chính xác, một bộ điều khiển bám vị trí hàng hóa trên tàu cho robot cẩu đang là một yêu cầu cần nghiên cứu. 1.2 Mục tiêu của đề tài 1. Thiết kế hệ thống đo dao động tàu dùng cảm biến IMU. 2. Thiết kế bộ điều khiển, hệ thống bù dao động cho Robot cẩu hàng hoạt động ổn định trong môi trường có dao động. 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài Trong phạm vị nhiệm vụ và giới hạn thời gian của đề tài, người nghiên cứu sẽ tập trung nghiên cứu bù dao động sóng cho robot cẩu. Quá trình thu thập, xử lý dữ liệu cảm biến đo dao động 3 bậc của tàu theo song biển và kiểm nghiệm thực toán được thực hiện trên mô hình. 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập thông tin tài liệu, sách báo điện tử liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu 2. Phương pháp thực nghiệm: thu thập dữ liệu thông qua thực nghiệm. 3. Phương pháp phân tích: phân tích các yếu tố liên quan đến tập dữ liệu. 1.5 Nội dung của đề tài Nội dung phần còn lại của đề tài gồm các chương như sau: - Chương 2: Cơ sở lý thuyết 4
19. Nội dung chương này chủ yếu trình bày về các cơ sở lý thuyết về các hệ thống bù dao động sóng biển thụ động và chủ động cho cần trục xa bờ, mô hình động học cho cần trục và robot cẩu hàng, các hệ cảm biến đo dao động tàu gây ra do sóng biển . - Chương 3: Mô hình hệ thống và mô tả toán học Nội dung chương này tập trung xây dựng mô hình động học thuận và mô hình động học nghịch cho cần trục, xây dựng khối tàu dao động và hệ thống cảm biến đo dao động. - Chương 4: Thuật toán xử lý dữ liệu và điều khiển Trong chương này, ta sẽ giải quyết vấn đề đo dao động tàu dùng cảm biến IMU kết hợp phương pháp tổng hợp dữ liệu cảm biến dung bộ lọc Kalman để nâng cao độ chính xác cho việc xác định dao động của tàu, xây dựng chương trình điều khiển bù dao động cho robot. - Chương 5: Kết quả thi công và thực nghiệm Nội dung chương này sẽ trình bày kết quả thực nghiệm về mô hình, kết quả ước lượng dao động tàu dùng cảm biến IMU kết hợp bộ lọc Kalman và thuật toán điều khiển robot bù dao động. - Chương 6: Kết luận Nội dung chương này sẽ trình bày những kết quả mà đề tài đã đạt được với giải thuật đã thực hiện trên mô hình và hướng nghiên cứu tiếp theo để phát triển đề tài. 5
20. 2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Chuyển động tàu do sóng biển 2.1.1 Chuyển động sóng biển Chúng ta bắt đầu xem xét nguồn gốc của vấn đề là chuyển động sóng biển. Đã có nhiều nổ lực đáng kể trong việc mô hình hóa và phân tích chuyển động sóng biển. Một sóng bất kỳ được tạo ra thông qua sự kết hợp nhiều sóng sin khác biên độ và tần số vì vậy mô hình chuyển động sóng như là một phổ năng lượng. Đơn vị thực của mô hình phổ thì được chuẩn hóa theo cường độ (density) và trọng lực (gravity) của nước. Một mô hình được sử dụng phổ biến là mô hình hai-tham số Bretschneider nó định nghĩa một sóng biển ngẫu nhiên. Hai tham số này là độ cao sóng chính H1/3 đơn vị cm và chu kỳ sóng T đơn vị giây. Độ cao sóng chính bằng 1/3 độ cao của sóng cao nhất. Mật độ phổ của sóng S(ωw) được định nghĩa trong phươn trình (2.1). A 4 S() e B / (2.1)  5 2 4 4 Với A 173H1/3 /T và B 691/T Bảng 2.1 cung cấp một số trạng thái sóng biển phổ biến [10]. Bảng 2.1 Mô tả trạng thái biển Trạng Mô tả Độ cao sóng chính Chu kỳ (s) thái biển (ft) 0 Gợn sóng 0 – 0.01 0.5 1 Sóng nhỏ 0.5 – 1.3 1.3 – 2.3 2 Sóng nhỏ trở nên lớn hơn 1.8 – 3.3 2.7 – 3.6 3 Sóng trung bình 3.6 – 4.7 3.8 – 4.3 4 Sóng lớn 5 -6.6 4.8 – 5.1 5 7.3 – 10.5 5.4 – 6.4 6 10.9 – 14.3 6.6 – 7.5 7 16.4 – 29.1 8.0 – 10.7 8 Sóng cao (sóng cuộn) 40.8 – 67.4 11.3 – 14.5 9 Sóng cao, biển động > 72.5 16 – 17.2 6
21. [9] T. Kroger and F. Wahl, “Online trajectory generation: Basic conc epts for instantaneous reactions to unforseen events,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 26, no. 1, pp. 94–111, 2010. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: Lê Mạnh Tuấn Đơn vị: Học viên cao học trường ĐHSPKT TPHCM Điện thoại: 01682180652 Email: leemanhtuan@yahoo.com 87