Thanh bên bài viết

PDF
Số xuất bản: Số 85 (2026): Số 85 (01/2026)
Chuyên mục: CÔNG NGHỆ SỐ, TỰ ĐỘNG HÓA VÀ ỨNG DỤNG HÀNG HẢI
DOI: 10.65154/jmst.789
Ngày xuất bản: 30/01/2026
Lượt xem 0
Downloads 0
Trích dẫn bài báo
Cao, V. B., Đàm, V. T., & Phạm, V. T. (2026). ĐIỀU KHIỂN RÀNG BUỘC ĐẦU RA BỀN VỮNG CHO TÀU MẶT NƯỚC DƯỚI BẤT ĐỊNH VÀ NHIỄU THAY ĐỔI THEO THỜI GIAN (ROBUST OUTPUT-CONSTRAINED CONTROL FOR SURFACE VESSELS UNDER TIME-VARYING DISTURBANCES AND UNCERTAINTIES). Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, 85, 140-147. https://doi.org/10.65154/jmst.789
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

ĐIỀU KHIỂN RÀNG BUỘC ĐẦU RA BỀN VỮNG CHO TÀU MẶT NƯỚC DƯỚI BẤT ĐỊNH VÀ NHIỄU THAY ĐỔI THEO THỜI GIAN (ROBUST OUTPUT-CONSTRAINED CONTROL FOR SURFACE VESSELS UNDER TIME-VARYING DISTURBANCES AND UNCERTAINTIES)

Cao Văn Bính1, , Đàm Văn Tùng1, Phạm Văn Triệu1
1 Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Nội dung chính của bài viết

Tóm tắt

Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống tàu mặt nước tự hành đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về nghiên cứu các phương pháp điều khiển bảo đảm an toàn và độ chính xác trong môi trường biển phức tạp. Trong bài báo này, một thuật toán điều khiển bền vững ràng buộc không gian làm việc cho các hệ thống tàu nổi mặt nước được phát triển với mục tiêu đồng thời giảm thiểu sai lệch bám quỹ đạo và duy trì miền vận hành an toàn trước ảnh hưởng của bất định và nhiễu loạn. Đầu tiên, bộ điều khiển đề xuất được thiết kế bằng cách kết hợp giữa điều khiển bề mặt động và hàm rào chắn Lyapunov nhằm đảm bảo hệ thống ổn định trong vùng làm việc xác định trước. Sau đó, tính ổn định của phương pháp đề xuất được phân tích chặt chẽ sử dụng lý thuyết ổn định Lyapunov. Cuối cùng, các kịch bản mô phỏng số được xây dựng nhằm đánh giá tính hiệu quả của phương pháp đề xuất thông qua so sánh với các phương pháp hiện có.

Abstract

In recent years, the rapid development of autonomous surface vessels has raised urgent requirements for the research of control methods to ensure safety and accuracy in complex marine environments. In this paper, a robust workspace-constrained control algorithm is developed for surface vessels, aiming to simultaneously minimize trajectory tracking errors and maintain within operating regions in the presence of uncertainties and external disturbances. Firstly, the proposed controller is designed by integrating dynamic surface control with barrier Lyapunov function, thereby guaranteeing system stability within a predefined workspace. Subsequently, the stability of the proposed approach is rigorously analyzed using Lyapunov stability theory. Finally, numerical simulation scenarios are constructed to evaluate the effectiveness of the proposed method through comparison with existing methods.

Keywords: Robust control, constrained control, Lyapunov stability, surface vessels.

Từ khóa

Điều khiển bền vững, điều khiển ràng buộc, ổn định Lyapunov, tàu mặt nước

Chi tiết bài viết

Tài liệu tham khảo

[1] H. R. Karimi and Y. Lu, (2021), Guidance and control methodologies for marine vehicles: A survey, Control Engineering Practice, Vol.111, p. 104785.
[2] Nguyễn Văn Tiến, Đỗ Khắc Tiệp, (2025),Nghiên cứu tối ưu tham số bộ điều khiển PID cho ổn định quỹ đạo tàu thủy sử dụng thuật giải di truyền, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, Số 82-2025, tr. 190-194.
[3] Yutu Ye, Wang Yiting, Wang Lei, and Wang Xuefeng, (2023), A modified predictive PID controller for dynamic positioning of vessels with an autoregressive model, Ocean Engineering, Vol.284, p. 115176.
[4] Nguyễn Hữu Quyền, Trần Anh Dũng, (2019), Thiết kế bộ điều khiển chuyển động tàu thủy bám quỹ đạo đặt dựa theo nguyên lý RHC trên nền LQR, Tạp chí Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, Số 32.
[5] Padideh Rasouli, Shojaei Khoshnam, and Abbas Chatraei, (2016), Output feedback look-ahead position control of electrically driven fast surface vessels, Automatika, Vol.57, No.4, pp.968-981.
[6] Z. Yin, W. He, C. Yang, and C. Sun, (2018), Control design of a marine vessel system using reinforcement learning, Neurocomputing, Vol.311, pp.353-362.
[7] C. Shen, Y. Shi, and B. Buckham, (2017) Trajectory tracking control of an autonomous underwater vehicle using Lyapunov-based model predictive control, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.65, No.7, pp.5796-5805.
[8] Phạm Văn Triệu, (2024),Kiểm soát dự báo mô hình dựa trên điều khiển Lyapunov phân cấp cho tàu thủy dưới tác động nhiễu gió, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, Số 79-2024.
[9] Jawhar Ghommam, Faïçal Mnif, and Khaled Metwally, (2008), Backstepping technique for tracking control of an underactuated surface vessel with unmeasured thruster dynamic, IFAC Proceedings Volumes, Vol.41, No.2, pp.2324-2329.
[10] Leticia Mayumi Kinjo et al. (2024), Tracking control of docking maneuvers for a fully actuated surface vessel using backstepping, IEEE Transactions on Control Systems Technology.
[11] S. Yin and B. Xiao, (2017),Tracking control of surface ships with disturbance and uncertainties rejection capability, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol.22, No.3, pp.1154-1162.
doi: 10.1109/TMECH.2016.2618901.
[12] Zhipeng Shen, Bi Yannan, Wang Yu, and Guo Chen, (2020), MLP neural network-based recursive sliding mode dynamic surface control for trajectory tracking of fully actuated surface vessel subject to unknown dynamics and input saturation, Neurocomputing, Vol.377, pp.103-112.
[13] Omid Elhaki and Shojaei Khoshnam, (2021), Robust saturated dynamic surface controller design for underactuated fast surface vessels including actuator dynamics, Ocean Engineering, Vol.229, p. 108987.
[14] Zhiquan Liu, (2019), Practical backstepping control for underactuated ship path following associated with disturbances, IET Intelligent Transport Systems, Vol.13, No.5, pp.834-840.
[15] Tieshan Li, Zhao Rong, Chen C. Philip, Fang Liyou, and Liu Cheng, (2018), Finite-time formation control of underactuated ships using nonlinear sliding mode control, IEEE Transactions on Cybernetics, Vol.48, No.11, pp.3243-3253.
[16] Ruiting Yu, Zhu Qidan, Xia Guihua, and Liu Zhe, (2012), Sliding mode tracking control of an underactuated surface vessel, IET Control Theory & Applications, Vol.6, No.3, pp.461-466.
[17] C. Van Binh, D. Viet Thang, M. Duy Lam, T. Thi Dieu Trinh, D. Van Trong, and P. Van Trieu, (2024), A state observer-based robust control approach for surface vessel using fractional-order calculus and neural network, in Proceedings of the 2024 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), Ho Chi Minh City, Vietnam, 2024, pp. 951-956.
doi: 10.1109/ATC63255.2024.10908182.
[18] Phạm Văn Triệu, Đặng Văn Trọng, (2022), Điều khiển bám quỹ đạo dựa trên bộ điều khiển bền vững cho tàu thủy, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, Số 69, tr. 16-21.
[19] Mien Van, (2019), An enhanced tracking control of marine surface vessels based on adaptive integral sliding mode control and disturbance observer, ISA Transactions, Vol.90, pp.30-40.
[20] Keng Peng Tee, Beibei Ren, and Shuzhi Sam Ge, (2011), Control of nonlinear systems with time-varying output constraints, Automatica, Vol.47, No.11, pp.2511-2516.
[21] F. W. Lewis, Suresh Jagannathan, and Aydin Yesildirak, (2020), Neural Network Control of Robot Manipulators and Non-linear Systems, CRC Press.
[22] Roger Skjetne, Thor I. Fossen, and Petar V. Kokotović, (2005), Adaptive maneuvering, with experiments, for a model ship in a marine control laboratory, Automatica, Vol.41, No.2, pp.289-298.