Luận án Xây dựng thuật toán dẫn đường và điều khiển cho phương tiện ngầm

 Bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o Bé quèc phßng
ViÖn khoa häc vμ c«ng nghÖ qu©n sù 
TR¦¥NG DUY TRUNG 
X©y dùng THUËT TO¸N dÉn ®−êng 
 vμ §IÒU KHIÓN CHO ph−¬ng tiÖn ngÇm 
LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt 
Hμ néi 2014 
 Bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o Bé quèc phßng
ViÖn khoa häc vμ c«ng nghÖ qu©n sù 
TR¦¥NG DUY TRUNG 
X©y dùng THUËT TO¸N dÉn ®−êng 
vμ §IÒU KHIÓN CHO ph−¬ng tiÖn ngÇm 
Chuyªn ngμnh: Kü thuËt ®iÒu khiÓn vμ tù ®éng hãa 
 M· sè: 62 52 02 16 
LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt 
 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: 
 1. PGS.TS TrÇn §øc ThuËn 
2. TS NguyÔn Quang VÞnh 
Hμ néi 2014 
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung, 
số liệu và kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa có tác giả 
nào công bố trong bất cứ một công trình nào khác. 
 Tác giả luận án 
Trương Duy Trung 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Công trình nghiên cứu này được thực hiện tại Viện Tên lửa, Viện Tự động hoá 
thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự - Bộ Quốc phòng. 
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ giáo viên hướng dẫn 
khoa học: 
 PGS. TS Trần Đức Thuận 
 TS Nguyễn Quang Vịnh 
Đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận án. 
Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo, Chỉ huy Viện Khoa học 
và Công nghệ Quân sự, Phòng Đào tạo Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện 
Tên lửa, Viện Tự động hoá các đồng nghiệp đã luôn động viên, quan tâm và giúp 
đỡ để hoàn thành luận án. 
Xin chân thành cám ơn các Thầy giáo, các nhà Khoa học và gia đình đã quan 
tâm giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu, cổ vũ và động viên tác giả hoàn thành 
công trình khoa học này. 
iii 
MỤC LỤC 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT ................................................................ vi 
DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ ............................................................................. xi 
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ DẪN ĐƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO PHƯƠNG 
TIỆN NGẦM .............................................................................................................. 5 
1.1 Tổng quan về phương tiện ngầm .......................................................................... 5 
1.2 Các hệ tọa độ sử dụng trong mô tả chuyển động của phương tiện ngầm ........... 15 
1.2.1 Hệ tọa độ quán tính ...................................................................................... 15 
1.2.2 Hệ tọa độ cố định tâm trái đất ...................................................................... 15 
1.2.3 Hệ tọa độ địa lý ............................................................................................ 16 
1.2.4 Hệ tọa độ gắn liền ........................................................................................ 16 
1.2.5 Ma trận chuyển tọa độ .................................................................................. 17 
1.2.5.1 Phương pháp góc Ơle .......................................................................... 17 
1.2.5.2 Phương pháp sử dụng tham số Rodrig – Hamilton ............................. 20 
1.3 Tổng quan về dẫn đường quán tính .................................................................... 22 
1.3.1 Nguyên tắc dẫn đường quán tính ................................................................. 22 
1.3.1.1 Dẫn đường quán tính có đế ................................................................. 24 
1.3.1.2 Dẫn đường quán tính không đế ........................................................... 27 
1.3.2 Kết hợp các hệ thống định vị và dẫn đường ................................................ 28 
1.4 Mô tả động học phương tiện ngầm tự hành dạng ngư lôi .................................. 31 
1.4.1 Các lực, mô men quán tính và hướng tâm của phương tiện ngầm tự hành ..... 32 
1.4.2 Các lực và mô men ngoại lực tác động lên phương tiện ngầm tự hành ....... 33 
1.4.2.1 Các lực và mô men gây ra bởi trọng lực và lực nổi ............................ 33 
1.4.2.2 Các lực và mô men khối nước kèm ..................................................... 33 
1.4.2.3 Các lực và mô men thủy động ............................................................. 34 
1.4.2.4 Các lực và mô men của bánh lái ......................................................... 36 
1.4.3 Các yếu tố môi trường tác động lên phương tiện ngầm tự hành .................. 38 
1.5 Kết luận chương 1 .............................................................................................. 39 
Chương 2: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH THAM SỐ DẪN ĐƯỜNG 
CHO VŨ KHÍ CHỐNG NGẦM ............................................................................... 41 
iv 
2.1 Xây dựng thuật toán dẫn đường quán tính không đế cho vũ khí chống ngầm ... 42 
2.1.1 Xây dựng thuật toán xác định tham số dẫn đường cho vũ khí chống ngầm 
ở giai đoạn chuyển động trong khí quyển .................................................... 43 
2.1.2 Xây dựng thuật toán xác định tham số dẫn đường cho vũ khí chống ngầm ở 
giai đoạn chuyển động trong nước ............................................................... 50 
2.2 Xây dựng thuật toán dẫn đường quán tính có đế cho vũ khí chống ngầm ......... 59 
2.2.1 Xây dựng thuật toán xác định ma trận Côsin định hướng giữa hệ tọa độ đế 
với hệ tọa độ địa lý theo phương pháp phối hợp véc tơ vận tốc khi thả vũ 
khí chống ngầm từ máy bay phản lực .......................................................... 60 
2.2.2 Xây dựng thuật toán xác định ma trận Côsin định hướng giữa hệ tọa độ đế 
với hệ tọa độ địa lý theo phương pháp phối hợp véc tơ vận tốc khi thả vũ 
khí chống ngầm từ máy bay lên thẳng ......................................................... 66 
2.2.3 Thuật toán dẫn đường .................................................................................. 70 
2.3 Kết luận chương 2 .............................................................................................. 72 
Chương 3: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO 
VŨ KHÍ CHỐNG NGẦM ........................................................................................ 73 
3.1 Phương trình chuyển động của vũ khí chống ngầm ........................................... 73 
3.1.1 Phương trình chuyển động tổng quát ........................................................... 73 
3.1.2 Phương trình chuyển động trong các mặt phẳng ......................................... 76 
3.1.2.1 Phương trình chuyển động trong mặt phẳng đứng .............................. 76 
3.1.2.2 Phương trình chuyển động trong mặt phẳng ngang ............................ 78 
3.1.2.3 Phương trình chuyển động theo góc lắc .............................................. 79 
3.2 Nhận dạng mô hình vũ khí chống ngầm ............................................................. 79 
3.3 Điều khiển hồi tiếp đầu ra nơron mờ thích nghi trực tiếp cho vũ khí chống ngầm ... 82 
3.4 Dẫn đường cho vũ khí chống ngầm hiệu chỉnh quỹ đạo sau khi chạm nước ..... 91 
3.4.1 Phương pháp dẫn đường cho vũ khí chống ngầm trong mặt phẳng ngang.. 91 
3.4.2 Phương pháp dẫn đường cho vũ khí chống ngầm trong mặt phẳng đứng ... 94 
3.5 Kết luận chương 3 .............................................................................................. 96 
Chương 4: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG, DẪN 
ĐƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO VŨ KHÍ CHỐNG NGẦM ................................ 97 
4.1 Mô phỏng xác định tham số dẫn đường cho vũ khí chống ngầm ....................... 97 
v 
4.1.1 Xây dựng các hàm động học và hàm quan sát ............................................. 97 
4.1.2 Thực hiện bộ lọc Kalman ............................................................................. 99 
4.1.3 Kết quả mô phỏng ...................................................................................... 100 
4.1.3.1 Giai đoạn vũ khí chống ngầm chuyển động trong khí quyển ........... 100 
4.1.3.2 Giai đoạn vũ khí chống ngầm chuyển động trong nước ................... 101 
4.2 Mô phỏng xác định ma trận Côsin định hướng giữa hệ tọa độ đế và hệ tọa độ 
địa lý theo phương pháp phối hợp véc tơ vận tốc. ........................................... 102 
4.2.1 Trường hợp thả vũ khí chống ngầm từ máy bay phản lực ......................... 102 
4.2.2 Trường hợp thả vũ khí chống ngầm từ máy bay lên thẳng ........................ 103 
4.3 Mô phỏng nhận dạng tham số mô hình vũ khí chống ngầm ............................ 104 
4.3.1 Nhận dạng tham số mô hình vũ khí chống ngầm theo góc chúc ngóc ...... 104 
4.3.2 Nhận dạng tham số mô hình vũ khí chống ngầm theo góc hướng ............ 106 
4.4 Mô phỏng điều khiển hồi tiếp đầu ra nơron mờ thích nghi trực tiếp cho vũ khí 
chống ngầm ....................................................................................................... 109 
4.4.1 Mô phỏng điều khiển vũ khí chống ngầm theo góc hướng ....................... 109 
4.4.2 Mô phỏng điều khiển vũ khí chống ngầm theo góc chúc ngóc ................. 111 
4.4.3 Mô phỏng điều khiển vũ khí chống ngầm theo góc lắc ............................. 113 
4.4.4 Mô phỏng điều khiển hồi tiếp đầu ra nơron mờ thích nghi trực tiếp cho vũ 
khí chống ngầm tổng hợp theo góc hướng, góc chúc ngóc và góc lắc ...... 114 
4.5 Kết luận chương 4 ............................................................................................ 116 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 117 
1. Kết luận ......................................................................................................... 117 
2. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 118 
3. Kiến nghị ....................................................................................................... 119 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .................... 120 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 122 
PHỤ LỤC A ...A1 
PHỤ LỤC B ....B1 
vi 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT 
, ,X Y Z Các ngoại lực tác dụng lên AUV (N) 
, ,K M N Các mô men ngoại lực tác dụng lên AUV (Nm) 
, ,u v w Các thành phần vận tốc chiếu lên các trục hệ tọa độ gắn liền (m/s) 
, ,c c cu v w Các thành phần vận tốc dòng chảy đối với hệ tọa độ gắn liền (m/s) 
, ,p q r Các thành phần vận tốc góc chiếu lên hệ tọa độ gắn liền (rad/s) 
, ,x y z Vị trí AUV trong hệ tọa độ địa lý (m) 
, ,   Các góc Ơle (rad) 
uX  Hệ số lực khối nước kèm (kg) 
, , ,wq qq vr rrX X X X Hệ số lực khối nước kèm chéo trục (kg/rad) 
| | | |,u u v vX X Hệ số lực cản theo trục bX của hệ tọa độ gắn liền (kg/m) 
| | , ,w w uv uwX X X Hệ số lực cản theo trục bX của hệ tọa độ gắn liền (kg/m) 
upX Hệ số lực bánh lái (kg/rad) 
luu
X  Hệ số lực của bánh lái (kg/m.rad) 
plX Lực đẩy động cơ (N) 
,v rY Y  Hệ số lực khối nước kèm (kg) 
| |v vY Hệ số lực cản (kg/m) 
,wp pqY Y Hệ số lực khối nước kèm chéo trục bY (kg/rad) 
uvY Hệ số khối nước kèm chéo trục, lực nâng và lực cản (kg/rad) 
urY Hệ số khối nước kèm chéo trục, lực nâng (kg/rad) 
huu
Y  Hệ số lực của bánh lái (kg/m.rad) 
,w qZ Z  Hệ số lực khối nước kèm (kg) 
| |w wZ Hệ số lực cản (kg/m) 
uqZ Hệ số lực khối nước kèm chéo trục và lực nâng (kg/rad) 
,vp rpZ Z Hệ số lực khối nước kèm chéo trục (kg/rad) 
uwZ Hệ số lực khối nước kèm chéo trục, lực nâng và lực cản (kg/rad) 
vii 
suu
Z  Hệ số lực của bánh lái (kg/m.rad) 
pK  Hệ số mô men khối nước kèm (kg.m
2/rad2) 
luu
K  Hệ số mô men bánh lái đối với hệ tọa độ gắn liền (kg/rad) 
uuK Hệ số mô men khối nước kèm (kg/rad) 
upK Hệ số mô men khối nước kèm chéo trục (kg/rad) 
,q wM M  Hệ số mô men khối nước kèm (kg.m2/rad2) 
uwM Hệ số mô men thân và thành phần bánh lái (kg) 
rpM Hệ số mô men khối nước kèm chéo trục (kg.m2/rad2) 
uqM Hệ số mô men khối nước kèm chéo trục và lực nâng (kg.m/rad) 
vpM Hệ số mô men khối nước kèm chéo trục (kg.m/rad) 
suu
M  Hệ số mô men bánh lái (kg/rad) 
,v rN N  Hệ số mô men khối nước kèm (kg.m2/rad2) 
urN Hệ số mô men khối nước kèm chéo trục và lực nâng (kg.m/rad) 
uvN Hệ số mô men thân và bánh lái (kg) 
,wp pqN N Hệ số mô men khối nước kèm chéo trục (kg.m/rad) 
huu
N  Hệ số mô men bánh lái (kg/rad) 
B Lực nổi (lực Acsimet) (N) 
W Lực trọng lực (N) 
D Lực cản (N) 
L Lực nâng (N) 
 Mật độ nước (kg/m3) 
fA Tổng diện tích bề mặt theo hướng vận tốc AUV (m2) 
,  Các góc tấn công và góc trượt ngang của AUV (rad) 
blS Diện tích bề mặt của bánh lái (m2) 
e Góc ảnh hưởng của bánh lái (rad) 
blx Khoảng cách từ trục các bánh lái đến tâm trọng lực (m) 
1 2,h h  Góc quay các bánh lái hướng (rad) 
viii 
1 2,s s  Góc quay các bánh lái sâu (rad) 
h Tổng góc bẻ lái điều khiển theo góc hướng (rad) 
l Tổng góc bẻ lái điều khiển theo góc lắc (rad) 
s Tổng góc bẻ lái điều khiển theo góc chúc ngóc (rad) 
RBM Ma trận quán tính của AUV 
RBC Ma trận hướng tâm Coriolis của AUV 
RB Véc tơ ngoại lực và mô men ngoại lực tác động lên thân AUV 
bG Tâm khối của AUV trong hệ tọa độ gắn liền 
0I Ma trận mô men đường chéo theo các trục hệ tọa độ gắn liền 
AM Ma trận quán tính khối nước kèm 
( )AC  Ma trận hướng tâm Coriolis khối nước kèm 
( )D  Ma trận lực và mô men thủy động 
( )g  Véc tơ lực và mô men liên quan đến trọng lực và lực nổi 
( )L  Ma trận thông số lực và mô men của bánh lái 
bl Véc tơ lực và mô men của bánh lái 
pl Véc tơ lực và mô men của động cơ đẩy 
fC Tâm nổi của AUV 
R , lR Bán kính cong của trái đất theo tham chiếu Ellip 
R Bán kính của trái đất khi xem trái đất là hình cầu 
V Véc tơ vận tốc dài trong hệ tọa độ gắn liền 
 Véc tơ vận tốc góc trong hệ tọa độ gắn liền 
 Véc tơ vận tốc góc tuyệt đối của hệ tọa độ địa lý 
U Véc tơ vận tốc góc trái đất 
 Véc tơ vận tốc đối tượng đối với hệ tọa độ cố định tâm trái đất 
 Véc tơ vận tốc dài và vận tốc góc trong hệ tọa độ gắn liền 
 Véc tơ vị trí và góc Ơle trong hệ tọa độ địa lý 
,l  Kinh độ, vĩ độ 
ix 
 Số siêu phức quaternion 
0 1 2 3, , ,    Các tham số Rodrig – Hamilton 
n
bC Ma trận chuyển từ hệ tọa độ gắn liền sang hệ tọa độ địa lý 
n
dC Ma trận chuyển từ hệ tọa độ đế sang hệ tọa độ địa lý 
, ,x y za a a Chỉ số gia tốc cảm nhận có nhiễu đo đối với hệ tọa độ gắn liền 
, ,bx by bza a a Chỉ số gia tốc cảm nhận đối với hệ tọa độ gắn liền 
, ,x y zn n n Chỉ số gia tốc cảm nhận có nhiễu đo đối với hệ tọa độ đế 
, ,dx dy dzn n n Chỉ số gia tốc cảm nhận đối với hệ tọa độ đế 
, ,N E Df f f Chỉ số gia tốc cảm nhận đối với hệ tọa độ địa lý 
4 5 6, ,w w w Các nhiễu đo của gia tốc kế 
, ,p q r   Chỉ số của các con quay vi cơ bao gồm độ trôi và nhiễu đo 
, ,p q rb b b Các tham số biến đổi chậm thể hiện độ trôi của con quay 
1 2 3, ,w w w Nhiễu đo con quay vi cơ 
, ,x y zB B B Chỉ số của từ kế đối với hệ tọa độ địa lý 
, ,DVL DVL DVLx y zV V V Chỉ số của vận tốc kế chiếu lên hệ tọa độ gắn l ... Quân. 
123 
Tiếng Anh 
[14] A. Forouzantabar,B. Gholami, M. Azadi, (2012), “Adaptive Neural Network 
Control of Autonomous Underwater Vehicles”, World Academy of Science, 
Engineering and Technology 67, pp 304-309. 
[15] Alexander V. Inzartsev, (2008), Underwater Vehicles, ISBN 978-953-7619-49-
7, I-Tech, Vienna, Austria. 
[16] A. Faruq, S. Abdullah, M. Shah, (2011), “Optimization of An Intelligent 
Controller for An Unmanned Underwater Vehicle”, TELKOMNIKA, Vol.9, 
No.2, pp. 245~256. 
[17] B. Raeisy, A. Safavi, R. Khayatian, (2012), “Optimized Fuzzy Control Degign 
of An Autonomous Underwater Vehicle”, Iranian Journal of Fuzzy Systems 
Vol. 9, No. 2, pp 25-41. 
[18] C. Vuilmet, (2006), “A MIMO Backstepping Control with Acceleration Feedback 
for Torpedo”, The 38th Southeastern Symposium on System Theory Tennessee 
Technological University Cookeville, TN, USA, pp 157-162. 
[19] D. Ven, C. Flanagan, D. Toal, (2005), “Neural Networkcontrol of Underwater 
Vehicles”, Engineering Applications of Artificial Intelligence 18, pp 533–547. 
[20] D. H. Titterton, J. L. Weston, (2004), Strapdown Inertial Navigation Technology, 
2nd Edition, The Institution of Electrical Engineers, ISBN 0863413587. 
[21] D. H. Shin, S. T. Kwon, S. H. Park, M. G. Joo, (2013), “ Fuzzy State Feedback 
Control for Way-Point Tracking of Autonomous Underwater Vehicle”, 
International Journal of Control and Automation, Korea Vol. 6, No. 1, pp 119-130. 
[22] Graham LeBlanc, (2011), Design and Simulation of A Control Continuum for 
Tetherless Underwater Vehicles, Master thesis, Dalhousie University 
Halifax, Nova Scotia. 
[23] G .N. Robert, R. Sutton, (1996), “Advance in Unmanned Marine Vehicles”, 
Control of Engineering Series 69, pp. 92-101. 
[24] Hung Duc Nguyen, Riaan Pienaar, Dev Ranmuthugala, William West, (2011) 
“Modelling, Simulation and Control of Underwater Vehicles”, The first 
Vietnam Conference on Control and Automation, pp 150-159. 
124 
[25] J.E.G Refsnes, (2007), Nonlinear Model-Based Control of Slender Body AUVs, 
Thesis for the degree of philosophy doctor, Trondheim. 
[26] J. Refsnes, A. J. Sørensen, K. Y. Pettersen, (2007), “ Output Feedback Control 
of an AUV with Experimental Results”, Conference on Control & 
Automation, Athens – Greece, pp 1-8. 
[27] J. H. Li, P. M. Lee, B. H. Jun, (2004), “A Neural Network Adaptive Controller 
for Autonomous Diving Control of An Autonomous Underwater Vehicle”, 
International Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 2, no. 3, pp. 
374-383. 
[28] K. M. Fauske, F. Gustafsson, Ø. Hegrenæs, (2007), “Estimation of AUV 
Dynamics for Sensor Fusion”, The 10th International Conference on 
Information Fusion, Canada, pp 9-12. 
[29] Khac Duc Do, J. Pan, (2009), Control of Ships and Underwater Vehicles, e-ISBN 
978-1-84882-730-1 Springer Dordrecht Heidelberg London New York. 
[30] L. Ljung, (2007), System Identification Theory for The User, second edition, 
Prentice Hall PRT Upper Saddle River, NJ 07458. 
[31] M. Santhakumar, T. Asokan, (2009), “Non-linear Adaptive Control System for 
an Underactuated Autonomous Underwater Vehicle using Dynamic State 
Feedback”, International Journal of Recent Trends in Engineering, India, 
Vol 2, No. 5, pp 380-384. 
[32] Oleg S. Salychev, (1988), Inertial systems in navigation and geophysics, 
Bauman MSTU Press Moscow. 
[33] P. Kaniewski, G. S. Kaliski, (2005), “Integrated Positioning System for AUV”, 
Molecular and Quantum Acoustics (26), pp 115-128. 
[34] P .A. Ioannou, J. Sun, (1996), Robust Adaptive Control, Prentice-Hall, 
Englewood Cliffs, NJ. 
[35] Robert M. Rogers, (2003), Applied Mathematics in Integrated Navigation 
Systems, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. 1801 
Alexander Bell Drive, Reston, VA 20191-4344, Second Edition. 
[36] S. Tong, T. Wang, J.T. Tang, (2005), “Fuzzy Adaptive Output Tracking 
Control of Nonlinear System”, Fuzzy Sets and Systems 156, pp 285-299. 
125 
[37] S.S. Sastry, M. Bodson, (1989), Adaptive Control: Stability, Convergence, and 
Robustness, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ. 
[38] T. S. TSAY, (2010), “Intelligent Guidance and Control Laws for An Autonomous 
Underwater Vehicle”, Wseas transactions on systems, pp 463-475. 
[39] T. I.Fossen, (1994), Guidance and Control of Ocean Vehicles, Chichester: 
John Wiley & Sons. 
[40] T. I. Fossen, (2002), Marine Control Systems, Marine Cybernetics, ISBN 82- 
93256-00-2. 
[41] W.Y.Wang, Y.G.Leu, T.T.Lee, (2002), “Output Feedback Control of 
Nonlinear Systems Using Direct Adaptive Fuzzy – Neural Controller”, 
Fuzzy Set and Systems, pp 341-358. 
[42] X. Yun, E. R. Bachmann, (2006), “Design, Implementation, and Experimental 
Results of a Quaternion-Based Kalman Filter for Human Body Motion 
Tracking”, IEEE Transactions on Robotics, vol. 22, no. 6, pp 1216-1227. 
[43] Y. J. Mon, C. M. Lin, (2012), “Supervisory Recurrent Fuzzy Neural Network 
Guidance Law Design for Autonomous Underwater Vehicle”, International 
Journal of Fuzzy Systems, Vol. 14, No. 1, pp 54-64. 
[44] Z. Tang, Q. He, S. Wang, J. Shen, J. Luo, (2012), “Predictive Fuzzy PID 
Control Method for Underwater Vehicles”, Journal of Computational 
Information Systems 8, China, pp 3635-3642. 
[45] Z. Qin, J. Gu, (2010) “Adaptive Control of Autonomous Underwater Vehicle 
Base on The Fuzzy Neural Network”, Journal of Automation, Mobile 
Robotics & Intelligent Systems, pp 104-111. 
Tiếng Nga 
[46] В.В. Матвеев, В.Я. Распопов (2009), Основы построения 
бесплатформенных инерциальных навигационных систем, Москва. 
[47] К. Т. Леондес, (1980), Фильтрация и стохастическое управление в 
динамических системах, Мир, Москва. 
 A1
PHỤ LỤC A 
MỘT SỐ THAM SỐ CỦA MỘT CHỦNG LOẠI TÊN LỬA CHỐNG NGẦM 
Tên lửa chống ngầm được thả từ máy bay tiêu diệt tàu ngầm, có các đặc 
tính kỹ chiến thuật cơ bản sau: 
- Chiều dài: 3700 mm. 
- Trọng lượng: 575 kg. 
- Đường kính thân: 350 mm. 
- Khoảng cách từ trục bánh lái đến tâm trọng lực: 175mm. 
- Độ sâu hành trình: tới 600m. 
- Vùng hoạt động: theo hướng 00 – 3600; theo góc lắc: -500 đến 500 
- Tốc độ: tới 115 km/h. 
- Giản đồ định hướng của hệ thống an ten thu phát: theo mặt phẳng ngang là 
070 , theo mặt phẳng đứng là 040 ; khoảng cách đến 1500m. 
- Động cơ: động cơ tên lửa nhiên liệu rắn với trọng lượng nhiên liệu 165kg, thời 
gian làm việc động cơ 55s, lực đẩy ở điều kiện tiêu chuẩn 6500-7500N. 
- Máy lái: có 4 máy lái điện quay 4 bánh lái. 
- Bánh lái: bốn bánh lái có kích thước bằng nhau 164 mm x 99 mm với góc giới 
hạn lớn nhất 0 022 0.5 . Hai bánh lái điều khiển tên lửa theo độ sâu, hai bánh lái 
điều khiển tên lửa vừa theo hướng vừa điều khiển giảm lắc. 
- Khối các thiết bị điều khiển: 
 Hệ thống truyền cảm về góc chúc ngóc: Hệ thống gồm một con quay ba bậc 
tự do dùng để định hướng và tạo góc chúc ngóc 070 cho tên lửa khi chuyển 
động trong không khí. 
 Hệ thống truyền cảm tốc độ góc: Hệ thống gồm có ba con quay hai bậc tự do 
để đo vận tốc góc của tên lửa theo các trục của hệ tọa độ gắn liền. 
 Hệ thống truyền cảm theo độ sâu: Làm việc theo nguyên tắc áp lực nước biển 
tác dụng lên bề mặt biến trở làm dịch chuyển con chạy của biến trở. 
 A2
Một số tham số sử dụng để mô phỏng: 
Mô tả Kí 
hiệu 
Giá trị Đơn vị 
Chiều dài thân L 3700 mm 
Đường kính thân R 350 mm 
Khối lượng m 575 kg 
Vận tốc u 31.94 m/s 
Khoảng cách trục bánh lái đến tâm nổi blx 175 mm 
Mật độ nước 1025 kg/m3 
Diện tích bề mặt của bánh lái blS 0.016236 m2 
Góc bẻ lái lớn nhất max 22 độ 
Hệ số lực khối nước kèm theo trục 
dọc của hệ tọa độ gắn liền uX  0.4 kg 
Hệ số lực cản theo trục bX | |u uX -3 kg/m 
Hệ số lực cản theo trục bX uvX 0.1 kg/m 
Hệ số lực cản theo trục bX | |v vX -52 kg/m 
Hệ số lực cản theo trục bX uwX 30 kg/m 
Hệ số lực cản theo trục bX | |w wX -52 kg/m 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục wqX -27 kg/rad 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục rrX 1.8 kg/rad 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục qqX 0 kg/rad 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục vrX 0 kg/rad 
Lực đẩy động cơ plX 7000 N 
Hệ số lực của bánh lái 
luu
X  13.48 kg/m.rad 
Hệ số lực khối nước kèm vY -676 kg 
Hệ số lực khối nước kèm rY -92 kg 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục wpY 270 kg/rad 
 A3
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục pqY -100 kg/rad 
Hệ số lực cản | |v vY -20.27 kg/m 
Hệ số khối nước kèm chéo trục, lực 
nâng và lực cản uvY -220 kg/rad 
Hệ số khối nước kèm chéo trục, lực 
nâng ur
Y -100 kg/rad 
Các lực của bánh lái 
huu
Y  13.48 kg/m.rad 
Hệ số lực khối nước kèm wZ  -676 kg 
Hệ số lực khối nước kèm qZ  -92 kg 
Hệ số lực cản | |w wZ 20.27 kg/m 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục và 
lực nâng uqZ -620 kg/rad 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục vpZ -270 kg/rad 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục rpZ -270 kg/rad 
Hệ số lực khối nước kèm chéo trục và 
lực nâng và lực cản uwZ -10 kg/rad 
Hệ số lực của bánh lái 
suu
Z  13.48 kg/m.rad 
Hệ số mô men khối nước kèm pK  -676 kg.m2/rad2
Hệ số mô men bánh lái 
luu
K  23.59 kg/rad 
Hệ số mô men khối nước kèm chéo 
trục upK -100 kg/rad 
Hệ số mô men khối nước kèm uuK -100 kg/rad 
Hệ số mô men khối nước kèm qM  -406.6 kg.m2/rad2
Hệ số mô men khối nước kèm wM  92 kg.m2/rad2
Hệ số mô men thân và thành phần 
bánh lái hướng uwM 362 kg 
Hệ số mô men khối nước kèm chéo 
trục và lực nâng uqM -125 kg.m/rad 
Hệ số mô men khối nước kèm vpM 10 kg.m/rad 
 A4
Hệ số mô men khối nước kèm chéo 
trục rpM 140 kg.m
2/rad2
Hệ số mô men bánh lái 
suu
M  -23.59 kg/rad 
Hệ số mô men khối nước kèm vN  92 kg.m2/rad2
Hệ số mô men khối nước kèm rN  676 kg.m2/rad2
Hệ số mô men khối nước kèm chéo 
trục và lực nâng urN -90 kg.m/rad 
Hệ số mô men thân và bánh lái uvN -78 kg 
Hệ số mô men khối nước kèm chéo 
trục wpN 100 kg.m/rad 
Hệ số mô men khối nước kèm chéo 
trục pqN -140 kg.m/rad 
Hệ số mô men bánh lái 
huu
N  -23.59 kg/rad 
Ma trận mô men đường chéo theo các 
trục hệ tọa độ gắn liền 0I 
[70.83, 70.83, 
1.83] 
Tọa độ tâm nổi của ASWs 
fC [0.007, 0, 0.015] 
B1 
PHỤ LỤC B 
Bổ đề 1 [41]: Tính bị chặn của nghiệm hệ tuyến tính ổn định. 
Cho hệ thống ( ) ( ) ( )x t Ax t Bu t  có điều kiện đầu 0(0)x x 
trong đó, nx R , mu R , n nA R , n mB R . 
Giả sử A là ma trận Hurwitz và 2( ) eu t L , cho 0 và 0 là các hằng số dương, 
[0, ]l  trong đó, 00 2l thỏa mãn điều kiện 0 ( )( ) 0|| || tA te e   
Thì ta có: 0 00 0 2
0
|| |||| ( ) || || || || ||
2
t
t
Bx t e x u 
 
 (B.1) 
trong đó, giá trị 2|| ||tu  được tính theo công thức: ( ) 1/22
0
|| || ( ( ) ( ) )
t
t T
tu e u u d
 
    
Định lý [41]: Tính hội tụ của hệ thống điều khiển theo phương pháp hồi 
tiếp đầu ra nơron mờ thích nghi trực tiếp. 
Xét hệ thống có mô tả động học như (3.35) thỏa mãn các giả thiết 1,3 với bộ 
quan sát trạng thái (3.38), luật cập nhật (3.62), (3.63) thành phần để khử nhiễu 
ngoài và sai số mô hình (3.64), luật điều khiển (3.39). Khi đó tất cả các tín hiệu của 
vòng lặp kín hệ thống bị chặn và 1( )kE t tiến tới 0 khi t . 
Chứng minh: 
Định nghĩa hàm Lyapunov của hệ thống như sau: 
3
1
k
k
V V
  (B.2) 
trong đó, 1 1
2 2
T T
k k k k k k
k
V e P e   
   (B.3) 
với 0.Tk kP P Đạo hàm theo thời gian hàm kV ta có : 
1 1 1
2 2
T T T
k k k k k k k k k
k
V e P e e P e   
        (B.4) 
Từ (3.60) và (B.4) ta có: 
1 1ˆ( ) [ ( ) ]
2
T T T T T
k k ck k k ck k k k ck k k k fk fk k k
k
V e A P P A e e P B e v w    
      (B.5) 
Bởi vì )()( sLsH kk là hàm truyền thực dương chặt, nên tồn tại 0Tk kP P sao cho: 
T
ck k k ck k
k ck k
A P P A Q
P B C
 với 0 
T
kk QQ (B.6) 
B2 
Từ (B.5) và (B.6) ta có: 
1
1 1ˆ[ ( ) ]
2
T T T
k k k k k k k k fk fk k k
k
V e Q e E e v w    
     (B.7) 
Trong trường hợp 1 0kE  , theo (3.64) thì min/k k kv   , mặt khác theo giả 
thiết 3 | |fk kw  khi này fk fkv w . Do đó 1[ ] 0k fk fkE v w  . 
Trong trường hợp 1 0kE  , theo (3.64) thì k kv , mặt khác theo giả thiết 3 
| |fk kw  khi này fk fkv w . Do đó 1[ ] 0k fk fkE v w  . 
Như vậy trong cả hai trường hợp 1 0kE   hay 1 0kE  thì (B.7) có thể được viết lại: 
1
1 1ˆ( )
2
T T T
k k k k k k k k k k
k
V e Q e E e    
     (B.8) 
Sự thật 2 2min min 1( ) || || ( ) | |k k k kQ e Q E   (B.9) 
trong đó, giá trị riêng nhỏ nhất min ( ) 0kQ , nên từ (B.7) và (B.8) có: 
2
min 1 1
1 1ˆ( ) | | ( )
2
T T
k k k k k k k k k
k
V Q E E e     
     (B.10) 
vì *T T Tj j j    
Mặt khác theo giả thiết 2 thì * *ˆ ˆ, ˆarg min [sup | ( / ) |]k k k k k kk M e Ue e Ue k k k ku u e   
Tức là * 0k  , khi đó T Tj j    phương trình (B.9) được viết lại: 
2
min 1 1
1 1ˆ( ) | | ( )
2
T T
k k k k k k k k k
k
V Q E E e     
     (B.11) 
Trường hợp 1 ˆ( ) 0Tk k k kE e   , theo (3.62) phương trình (B.10) được viết lại: 
2
min 1 1
1 ˆ ˆ( ) | | ( ) [ ( )]
2
T T
k k k k k k k k k kV Q E E e e         (B.12) 
Vì ˆ ˆ( ) [ ( )] 0T Tk k k k k ke e      nên từ (B.12) có: 
2
min 1
1 ( ) | |
2k k k
V Q E   (B.13) 
Trường hợp 1 ˆ|| || ( ) 0k Tk k k k km E e    vaø , theo (3.63) phương trình (B.11) 
được viết lại: 
B3 
12
min 1 1 2
ˆ( )1 ˆ ˆ( ) | | ( ) [ ( )]
2 || ||
T
k k k kT T T
k k k k k k k k k k k k
k
E e
V Q E E e e
        
     (B.14) 
12
min 1 2
ˆ( )1 ( ) | |
2 || ||
T
k k k k T
k k k k k
k
E e
V Q E
    
   (B.15) 
Trong trường hợp này || ||
kk
m ; || || 2 kk m  và 1 ˆ( ) 0Tk k k kE e   nên 
1
2
ˆ( )
0
|| ||
T
k k k k T
k k
k
E e    
  khi đó phương trình (B.14) có thể được viết như (B.13). 
Từ (B.2) và (B.13) cho thấy 1( )kE t L  và ( )ke t L  , nhưng không đảm bảo 
rằng hội tụ bởi vì tất cả các biến ở vế phải của (3.60) bị chặn, 1( )kE t bị chặn, 
1( ) .kE t L  
Tích phân 2 vế (B.13) ta được: 
2
min 10
0
1 ( ) | |
2k k k
V Q E dt
  (B.16) 
 21
min0
(0) ( )| |
(1/ 2) ( )
k k
k
k
V VE dt
Q
  (B.17) 
Bởi vì vế phải của (B.16) bị chặn nên 1 2( ) ,kE t L  theo bổ đề Barlalat [37] ta có 
1lim | ( ) | 0kt E t  . 
Với định nghĩa hàm Lyapunov hệ thống như (B.2) khi này: 
3 3
2
min 1
1 1
1 ( ) | |
2k k kk k
V V Q E
     (B.18) 
Chứng tỏ 1( ) 0kE t  khi t 
Tiếp theo xét phương trình sai số động học bộ quan sát (3.38). Đặt 
2 2
1 1
ˆ( )Tk kj j j j kj j k k
j j
u g e g v w d 
   , theo luật cập nhật (3.62), (3.63) và giả thiết 
1,3 cho thấy ku bị chặn. Mặt khác 0 0 Tk k kA K C là ma trận Hurwitz, khi đó theo bổ đề 
1 ta có: 
B4 
0 0
0 2
0
|| |||| ( ) || || (0) || || ||
2
k
k
t k k
k k k k
k k
Be t e e u 
 
   (B.19) 
Bởi vì 0 Tk k ckA B K là ma trận Hurwitz và ( )ke t bị chặn, từ phương trình động 
học bộ quan sát trạng thái (3.38) cho thấy ˆ ( )ke t bị chặn. Vì ˆk k ke e e  do đó 
1,k kE e L và 1( ) 0kE t  khi t dẫn tới ˆ,k kx x L . Sự giới hạn của ( )ky t theo 
bởi 1( )kE t và ( )inky t .