Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân bằng cho các kho nổi

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP
TÀU THỦY VIỆT NAM

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.03

BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân bằng
cho các kho nổi
Mã số: KC.03.09/06-10

Cơ quan chủ trì đề tài: Tập đoàn Công Nghiệp tàu thuỷ Việt Nam
Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Xuân Hoài

8203
Hà Nội- 2010


MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt..........................................................viii
Danh mục các bảng.........................................................................................x
Danh mục các hình vẽ, đồ thị.........................................................................xi.
Lời mở đầu ....................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG KHO NỔI, PHÂN TÍCH VÀ
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI ......................................................10
1.1 Vấn đề cân bằng phương tiện nổi .................................................. 11
1.2 Các kỹ thuật ổn định chuyển động cuộn cho tàu thuỷ....................14
1.2.1 Phương pháp dùng con quay hồi chuyển............................16

1.2.2 Phương pháp dùng sống đáy tàu.........................................17
1.2.3 Hệ thống ổn định kiểu vây và kiểu quay bánh lái............... 18
1.2.4 Phương pháp dùng thùng chứa chống cuộn........................ 20
1.2.4.1 Floating dock of 60000t.m. lifeting cacpacity (của
Kongsberg Maritime) ............................................. 22
1.2.4.2 Floating dock “Pride of San Diego” SWM’s 22,000
-tấn .......................................................................... 23
1.2.4.3 Barge Ballasting (hãng JPG) ................................... 24
1.2.4.4 Dominion Devils Spar : Wieghing, Loadout & Ballast
Monitoring của hãng JPG (John Gibson pẹcect)..... 25
1.3 Phân tích các phương pháp điều khiển cân bằng sức nổi .............. 26
1.4 Lựa chọn phương pháp xây dựng hệ thống tự động cân bằng
cho các kho nổi............................................................................. 31
1.5 Hướng giải quyết của đề tài ........................................................... 34
Chương 2. ĐỘNG LỰC HỌC CỦA PHƯƠNG TIỆN NỔI......................37
2.1 Lịch sử điều khiển chuyển động cuộn ........................................... 38

i


2.2 Phương pháp số để dự đoán các chuyển động của tàu .................. 41
2.3 Hệ thống két chống cuộn thụ động và chủ động ........................... 43
2.4 Hệ thống két chủ động chống cuộn dạng chuyển động sáu bậc
tự do............ ................................................................................. 47
2.5 Các dạng mô tả động học khác liên quan chuyển động cuộn........ 50
2.6 Mô hình chuyển động gây ra bởi sóng .......................................... 53
2.7 Xác định các đạo hàm thuỷ động lực học...................................... 55
Chương 3. ỨNG DỤNG CÁC THUẬT TOÁN THÔNG MINH TRONG
BÀI TOÁN CÂN BẰNG KHO NỔI........................................................... 59
3.1 Thuật toán thông minh dựa trên điều khiển logic mờ ................... 61

3.1.1 Điều khiển logic mờ ........................................................... 61
3.1.2 Một số phương pháp sử dụng điều khiển mờ thông dụng .. 64
3.1.2.1 Thiết kế của các bộ điều khiển mờ giống như-PID . 64
3.1.2.2 Điều khiển mờ dựa trên mô hình.............................. 69
3.1.3 Phương pháp điều khiển mở ổn định chuyển động cuộn
của tàu ................................................................................. 81
3.2 Thuật toán thông minh trên cơ sở phương pháp mô hình dự báo . 90
3.2.1 Khái quát về điều khiển dự báo dựa trên mô hình.............. 90
3.2.2 RRS: Bài toán điều khiển mang tính thử thách .................. 97
3.2.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển lái tự động có giảm lắc
RRS..... ................................................................................. 99
3.2.4 Giải pháp điều khiển dự báo mô hình .............................. 101
Chương 4. ỔN ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG NỔI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN THỰC TẾ............................................................................ 106
4.1 Các khái niệm về sức nổi của tàu thuỷ ........................................ 106
4.1.1 Trọng tâm G ...................................................................... 107
4.1.2 Tâm nổi B.......................................................................... 107
4.1.3 Khuynh tâm M .................................................................. 109

ii


4.1.4 Chiều cao khuynh tâm....................................................... 110
4.1.5 Tác dụng của chiều cao khuynh tâm................................. 111
4.1.6 Thí nghiệm về hiện tượng nghiêng tàu ............................. 113
4.2 Tính ổn định ngang ...................................................................... 114
4.2.1 Các ngẫu lực và các mômem ............................................ 116
4.2.2 Tính ổn định khuynh tâm .................................................. 117
4.2.3 Tính ổn định ở các góc lớn hơn ........................................ 118
4.2.4 Tính ổn định có cạnh tường .............................................. 119

4.2.5 Ảnh hưởng về tính ổn định gây ra bởi sự thay đổi những
vị trí tương đối của B, G và M ........................................... 121
4.2.6 Tính các mômen xung quanh sống tàu ............................. 126
4.2.7 Tính các mômen xung quanh trọng tâm ........................... 128
4.2.8 Hiện tượng tròng trành...................................................... 132
4.2.9 Hiện tượng nghiêng khi tàu đổi hướng ............................. 134
4.3 Tính ổn định theo chiều dọc, tức là độ chênh (trim) ................... 135
4.3.1 Quy trình để giải các bài toán độ chênh............................ 138
4.3.2 Tìm vị trí để đặt khối lượng duy trì mớm nước không đổi
tại một trong những vị trí thẳng đứng (perpendicular) ...... 144
4.3.3 Mớm nước trung bình thực ............................................... 147
Chương 5. THIẾT KẾ VÀ CÁC BƯỚC XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ
ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI, TÀU LASH MẸ ......... 151
5.1 Những két chống cuộn và phương pháp cân bằng kiểu dằn
ballast.......... ............................................................................... 151
5.2 Nghiên cứu phân tích và các bước thiết kế hệ thống điều khiển
cân bằng kho nổi bằng phương pháp dằn kiểu ballast ............... 156
5.2.1 Phạm vi hoạt động và tính năng của đối tượng ................ 157
5.2.2 Giải pháp tạo mômen cân bằng khi thiết kế các khoang
két dằn ............................................................................... 157

iii


5.2.3 Giải pháp thiết kế hệ động lực bơm van ........................... 159
5.2.4 Giải pháp thiết kế hệ thống chức năng đo báo.................. 160
5.2.5 Giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển động lực bơm van 161
5.2.6 Giải pháp thiết kế chức năng giao diện............................. 164
5.3 Thiết kế hệ thống tự động cân bằng kiểu dằn ballast cho tàu
Lash mẹ...... ............................................................................... 165

5.3.1 Sơ lược quá trình làm hàng trên tàu Lash ......................... 167
5.3.2 Quan điểm thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân bằng
cho tàu Lash mẹ.................................................................. 171
5.3.2.1 Thiết kế khoang két và hệ đo báo két, hệ động lực
ống, bơm, van ........................................................ 173
5.3.2.2 Thiết kế thiết bị đo độ nghiêng lệch của tàu .......... 174
5.4 Lựa chọn thiết kế phần cứng cho hệ thống cân bằng tàu Lash.... 180
5.4.1 Các yêu cầu cơ bản trong việc lựa chọn cấu trúc phần
cứng hệ điều khiển PLC ..................................................... 181
5.4.2 Lựa chọn các modul cơ bản .............................................. 183
5.4.3 Màn hình thao tác người máy HMI .................................. 186
5.5 Lập trình chức năng giám sát, điều khiển hệ thống..................... 187
5.5.1 Lập trình chức năng giám sát hệ thống............................. 187
5.5.2 Lập trình chức năng điều khiển hệ thống.......................... 198
5.5.3 Cấu trúc của bộ điều khiển mờ trong modul LB05 .......... 202
5.5.3.1 Thiết lập các tham số logic mờ .............................. 203
5.5.4 Thiết lập các luật mờ điều khiển hệ thống cân bằng trên
tàu Lash .............................................................................. 208
Chương 6. KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ VÀ LẮP ĐẶT THỬ
NGHIỆM SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI TRÊN TÀU LASH MẸ............. 219
6.1 Kết quả triển khai thực tế sản phẩm đề tài................................... 219
6.1.1 Thiết bị xác định độ nghiêng lệch theo 08 phương cơ bản . 219

iv


6.1.2 Tủ điều khiển .................................................................... 221
6.1.3 Tủ chuyển mạch cấp nguồn 24VDC cho các bơm, van
dằn ...... ............................................................................... 222
6.1.4 Tủ chuyển mạch tín hiệu đo cho hệ thống khoang két dằn.222

6.2 Các thao tác vận hành hệ thống tự động cân bằng cho tàu Lash. 223
6.2.1 Thao tác điều khiển bằng tay trên bàn điều khiển ............ 223
6.2.2 Chế độ tự động .................................................................. 223
6.2.3 Chế độ bằng tay dự phòng (thao tác cho từng phần tử
bơm, van)............................................................................ 224
6.2.4 Chức năng điều khiển tự động (thao tác bơm, van theo
nhóm) ............................................................................... 226
6.2.5 Điều khiển mờ FUZZY..................................................... 226
6.3 Vấn đề kiểm tra lắp đặt, thử tính năng hệ thống tại xưởng ......... 227
6.4 Lắp đặt, thử nghiệm hệ thống trên tàu Lash mẹ .......................... 229
Chương 7. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC.......................................................... 235
7.1 Nội dung nghiên cứu khoa học và triển khai thực nghiệm của
Đề tài và phương án thực hiện ................................................... 235
7.2 Sản phẩm KH&CN chính của Đề tài và yêu cầu chất lượng cần
đạt .............. ............................................................................... 240
7.2.1 Dạng I ............................................................................... 240
7.2.2 Dạng II .............................................................................. 242
7.2.3 Dạng III ............................................................................. 243
7.2.4 Đánh giá trình độ khoa học của sản phẩm (Dạng II & III)
so với các sản phẩm tương tự hiện có ................................ 243
7.2.5 Kết quả tham gia đào tạo trên đại học............................... 243
7.2.6 Sản phẩm dự kiến đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công
nghiệp, quyền đối với giống cây trồng............................... 243
7.2.7 Khả năng ứng dụng và phương thức chuyển giao kết quả

v


nghiên cứu .......................................................................... 244
7.2.7.1 Khả năng về thị trường........................................... 244

7.2.7.2 Khả năng về ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào
sản xuất kinh doanh............................................... 244
7.2.7.3 Khả năng liên doanh liên kết với các doanh nghiệp
trong quá trình nghiên cứu .................................... 245
7.2.7.4 Phương thức chuyển giao....................................... 245
7.3 Phạm vi và địa chỉ (dự kiến) ứng dụng các kết quả của Đề tài ... 246
7.4 Tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu ................. 260
7.4.1 Đối với lĩnh vực KH&CN có liên quan ............................ 246
7.4.2 Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả
nghiên cứu .......................................................................... 246
7.4.3 Đối với kinh tế - xã hội và môi trường ............................. 247
7.5 Mức độ sẵn sàng chuyển giao, thương mại hoá kết quả nghiên
cứu.............. ............................................................................... 247
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 249
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 251
PHỤ LỤC TỔNG HỢP SỐ LIỆU............................................................ 257

vi


LỜI MỞ ĐẦU
Cân bằng nổi, hay nói cách khác là giữ cho phương tiện nổi đứng thẳng
trên mặt phẳng nước, bao gồm cân bằng ngang theo độ lệch giữa các mạn (lift
hay heel), cân bằng dọc liên quan đến mớn nước mũi và đuôi (trim) là một
đặc tính quan trọng không thể thiếu của các phương tiện nổi. Khi nghiên cứu
về cân bằng phương tiện nổi, một vấn đề kỹ thuật được xem là mấu chốt đề
giải quyết bài toán là chuyển động cuộn (hay roll) của phương tiện. Có rất
nhiều lý do để cần cố gắng kiểm soát và làm giảm chuyển động cuộn của tàu,
loại chuyển động liên quan đến hầu hết các nghiên cứu quá trình ổn định
phương tiện nổi, tàu thuỷ. Chuyển động cuộn theo mạn luôn gắn với hiện

tượng nghiêng lệch (lift hay heel), trong khi chuyển động cuộn kiểu nhấp nhô
(dọc thân tàu) lại luôn gắn với hiện tượng chúi mũi hoặc chúi đuôi (trim).
Chuyển động cuộn là một chuyển động không mong muốn cho hầu hết các
tàu thuyền. Tàu chuyển động cuộn với biên độ lớn có thể dễ dàng dẫn đến bị
lật, sẽ gây ra những thiệt hại về người và tài sản. Quá nhiều chuyển động có
thể gây trở ngại cho hoạt động của các thuyền viên, hành khách, giảm năng
lực sẵn sàng chiến đấu của tàu hải quân, gây ra sự mất mát container trên tàu
thuyền chở hàng, và làm giảm các thông số hoạt động của tàu. Hơn nữa,
chuyển động cuộn là thành phần không mong muốn và gần như là chuyển
động lớn của tàu cần phải được hạn chế. Kiểm soát, giảm chuyển động cuộn
của tàu là một vấn đề quan trọng trong các tình huống như vậy.
Trải qua lịch sử nhiều năm nghiên cứu về lĩnh vực tàu thuyền và phương
tiện nổi, các nhà khoa học trên thế giới đã đề xuất nhiều loại thiết bị điều
khiển chuyển động cuộn và nhiều trong số đó đã và đang được ứng dụng vào
thực tế. Hầu hết chúng được sử dụng nhằm giảm chuyển động cuộn một cách
hợp lý so với trọng lượng của tàu. Các phương pháp thực hiện điều khiển
chuyển động cuộn đã được đề xuất và nghiên cứu bao gồm hệ ổn định kiểu
con quay (gyroscopic), ổn định kiểu két chống lắc (hay chống cuộn, anti roll

1


tank), phương pháp dùng vây (fin), ổn định kiểu di chuyển trọng lượng và hệ
lái ổn định cuộn (ruder roll stability). Các công trình tiêu biểu nghiên cứu liên
quan đến vấn đề này có thể kể đến như dùng ổn định kiểu vây [1], [2], [3],
[11], dùng con quay hồi chuyển [7], [9], ổn định kiểu quay bánh lái [4], [5],
ổn định bằng cách di chuyển trọng lượng [14], [15], ổn định kiểu dằn (ballast)
bằng các thùng chứa [6]. Với những thiết bị này, nhiều thuật toán điều khiển
đã được thực hiện và triển khai, từ phương pháp cổ điển, chẳng hạn như PID
[44], [45], kiểm soát tối ưu [4], và tiếp cận các phương pháp hiện đại, chẳng

hạn như điều khiển thích nghi dựa trên kế hoạch được lập thành bảng [46],
hay kiểm soát trên các mạng nơron [15], [46], [47], và điều khiển logic mờ
[30], [32]. Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo các hệ thống như vậy thường mất
nhiều thời gian, tốn kém do độ phức tạp cả lý thuyết lẫn vật tư thiết bị và đặc
biệt đòi hỏi có cơ sở lý thuyết và kinh nghiệm về đối tượng nổi, nơi hệ thống
được trang bị.
Một thực tế hiển nhiên là hầu hết các vấn đề về nghiên cứu thiết kế trên
tàu thuỷ nói riêng và phương tiện nổi nói chung đều liên quan đến đặc trưng
cơ bản nhất của đối tượng này, đó là vấn đề động học liên quan đến sức nổi
(buyoancy) của đối tượng. Riêng vấn đề điều khiển cân bằng các phương tiện
nổi cỡ lớn và kho nổi, ở trong nước lại càng là vấn đề mới mẻ do tính phức
tạp và quy mô của hệ thống, không những phải giải quyết bài toán trên quan
điểm của lĩnh vực điều khiển các hệ thống dạng co giãn kiểu đàn hồi, dạng
nhiều đầu vào, nhiều đầu ra với tham số bất định và có trễ v.v, mà còn phải
giải quyết bài toán trên quan điểm về vấn đề thuỷ khí động lực học sức nổi.
Cho đến nay, trừ các tàu thông dụng (theo series) được đóng với số lượng lớn,
vấn đề động học của các tàu lớn và phương tiện nổi cỡ lớn hay loại đặc biệt
vẫn là vấn đề hóc búa đối với các nhà khoa học trên thế giới. Các mô hình
động học đưa ra đều là các mô hình gần đúng dựa trên các kết quả thực
nghiệm. Mặc dù vậy, các mô hình mang tính thực nghiệm kiểu này cũng rất

2


hạn chế, chỉ một vài quốc gia có trình độ cao về công nghệ đóng tàu, có cơ sở
vật chất và phòng thi nghiệm thuỷ, khí động lực học hiện đại (chẳng hạn bể
thử mô hình) mới có điều kiện nghiên cứu. Các hệ thống cân bằng hiện tại
đang có mặt tại Việt nam (nhập mới hoặc trên các tàu, phương tiện nổi đang
khai thác), được các hãng lớn nước ngoài nghiên cứu chế tạo trên dựa trên cơ
sở vật chất, lượng thông tin cả về mặt lý thuyết lẫn thực tế, kinh nghiệm trong

lĩnh vực tàu thuyền và phương tiện nổi rất phong phú. Giá thành một hệ thống
mang đặc thù về bề dày phát triển, tiềm lực khoa học và bí quyết công nghệ
trong ngành công nghiệp đóng tàu như vậy thực tế là quá đắt, gây một áp lực
cho các nhà máy đóng và sửa chữa tàu trong nước ở thế bị động, đặc biệt là về
vấn đề tài chính để nhập khẩu trang thiết bị phục vụ kịp thời công tác đóng
mới và sửa chữa. Thực trạng hiện nay, ngành công nghiệp đóng tàu Việt nam
chưa đủ khả năng cả về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm để có thể đưa ra được
các mô hình toán và mô hình thực nghiệm kiểu vật lý cho các tàu lớn, tàu đặc
biệt và nhiều loại phương tiện nổi khác. Đây là một trở ngại lớn trong việc
giải quyết hàng loạt bài toán liên quan mật thiết với động học của các đối
tượng này, trong đó có cả bài toán cân bằng kho nổi. Vấn đề này hiện nay
thực sự trở nên bức xúc khi chúng ta đang chuẩn bị cho một giai đoạn phát
triển mới, giai đoạn đóng tàu và các phương tiện nổi cỡ lớn, bắt buộc chúng ta
phải có trình độ, hiểu biết về các thiết bị, hệ thống trên phương tiện này đề
từng bước làm chủ từ khâu thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành và khai thác
phương tiện an toàn và hiệu quả. Chính vì vậy, tác giả đã đề xuất đề tài
“Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân bằng cho các kho
nổi”, nhằm đáp ứng nhu cầu trang bị cho các phương tiện nổi cỡ lớn đã đang
và sẽ đóng mới trong nước và xa hơn tiến đến việc xuất khẩu.
Để giải quyết được các vấn đề khó khăn đã nêu, đặc biệt là sự hạn chế về
khả năng hiểu biết động học của các đối tượng nổi cỡ lớn ở điều kiện hiện tại
trong nước, đề tài tập trung giải quyết các vấn đề:

3


1, Về lý thuyết, đề tài phải nghiên cứu áp dụng các công cụ lý thuyết
mạnh, có khả năng giải quyết được các bài toán phức tạp mang nhiều yếu tố
bất định trên cơ sở thiết lập được các thuật toán thông minh. Các thuật toán
phải linh hoạt trong giải pháp và mạnh mẽ trong tính toán. Các công cụ lý

thuyết được chọn là giải pháp điều khiển theo mô hình dự báo MPC thích hợp
cho việc dự báo hành vi của các đối tượng phức tạp trong tương lai đồng thời
đưa ra được chiến lược điều khiển tối ưu, trong khi điều khiển Logic mờ FLC
lại giải quyết được các bài toán mà việc mô tả toán học của đối tượng bị hạn
chế và tri thức chuyên gia lại đóng vai trò rất quan trọng... Đây là những công
cụ lý thuyết đủ mạnh đẻ giải quyết bài toán cân bằng trên các đối tượng nổi.
2, Về mặt thiết kế và tích hợp hệ thống, hệ thống cân bằng trên phương
tiện nổi phải được thiết kế trên các phần tử có độ tích hợp cao, có khả năng
lập trình linh hoạt và đặc biệt là được tích hợp các tính năng để thực hiện
được các thuật toán thông minh. Để thực hiện được yêu cầu này, hệ thống tự
động cân bằng kho nổi (áp dụng cụ thể trên tàu Lash) được thiết kế trên PLC
được tích hợp nhiều tính năng mới.
Ngoài ra, trong quá trình triển khai để tài, việc nghiên cứu động học của
đối tượng nổi, các vấn đề ổn định và phương pháp tính toán thực tế liên quan
đến việc cân bằng đối tượng nổi được xem xét để hiểu rõ hơn bản chất của
vấn đề nhằm áp dụng phương pháp đã đề xuất có hiệu quả.
Việc nghiên cứu thành công đề tài này sẽ mở ra một triển vọng lớn trong
việc áp dụng các tiến bộ về khoa học công nghệ, đặc biệt là các tiến bộ vượt
bậc cả về lý thuyết lẫn công nghệ tích hợp hệ thống trong tự động hoá để giải
quyết nhiều bài toán phức tạp trong lĩnh vực đóng tàu. Ngoài ra, thành công
của đề tài sẽ góp phần khuyến khích công tác nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
nhiều sản phẩm có chất lượng cao, tăng cường năng lực nội địa hoá trang thiết
bị vật tư cho ngành công nghiệp đóng tàu trong nước.

4


Toàn bộ kết quả nghiên cứu của đề tài được trình bày trong các phần
chính sau:
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG KHO NỔI, PHÂN TÍCH

VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI
Chương này nêu tổng quan các công trình nghiên cứu đã có trong và
ngoài nước liên quan mật thiết đến đề tài, tập trung phân tích các phương
pháp điều khiển cân bằng sức nổi trên cơ sở xét các nguyên lý làm việc, khả
năng ứng dụng, ưu nhược điểm đối với từng phương pháp, giới hạn phạm vi
nghiên cứu (đề xuất lựa chọn phương pháp điều khiển cân bằng kiểu Auto
heel and trim control), nêu những vấn đề còn tồn tại (trở ngại trong nghiên
cứu khi phải đối mặt với tính bất định, độ phi tuyến cao và nhiều vấn đề liên
quan đến động học của phương tiện nổi), chỉ ra những vấn đề mà đề tài cần
giải quyết (phương pháp phải mang tính thông minh, tính thích nghi trong giải
rộng). Phương pháp điều khiển cân bằng kiểu Auto heel and trim control là
phương pháp được được chú ý đi sâu phân tích, được tìm hiểu một cách kỹ
lưỡng thông qua phân tích các hệ thống đã và đang được sử dụng trên các
phương tiện nổi cỡ lớn. Do tính phổ dụng và những ưu điểm vượt trội trong
ứng dụng, phương pháp Auto heel and trim control là phương pháp được đề
xuất lựa chọn để nghiên cứu trong đề tài. Kết quả nghiên cứu được ứng dụng
trên tàu Lash mẹ chở xà lan.
Chương 2 ĐỘNG HỌC CỦA PHƯƠNG TIỆN NỔI
Mục đích của chương này là tìm hiểu hành vi của đối tượng nổi thông
qua động học của nó xét trong những điều kiện khác nhau để nghiên cứu áp
dụng chúng một cách có hiệu quả. Động học của đối tượng nổi liên quan đến
chuyển động cuộn và ổn định chuyển động cuộn đã được xét ở các mức độ
khác nhau, từ đơn giản dạng mô tả kiểu Servo bậc hai đến dạng 6 bậc tự do có

5


tính phi tuyến cao. Ngoài ra, tham số thuỷ động học liên quan đến động học
của đối tượng, các phương pháp xác định chúng và mức độ phức tạp của vấn

đề cũng được đề cập. Các mô tả động học trong chương hoàn toàn đáp ứng về
nhu cầu nghiên cứu sâu trong việc áp dụng các dạng lý thuyết điều khiển để
giải quyết bài toán chuyển động của đối tượng nổi.
Chương3 ỨNG DỤNG CÁC THUẬT TOÁN THÔNG MINH
TRONG BÀI TOÁN CÂN BẰNG KHO NỔI
Chương này đề cập đến khái niệm thuật toán thông minh và ứng dụng
thuật toán thông minh trong vấn đề giải quyết bài toán cân bằng phương tiện
nổi. Các thuật toán điều khiển Logic mờ FLC và thuật toán điều kiển theo mô
hình dự báo MPC đã được phân tích khá sâu trên quan điểm tìm hiểu bản chất
và khả năng ứng dụng chúng trong bài toán cân bằng đối tượng nổi. Hai áp
dụng điển hình, một cho việc ứng dụng điều khiển Logic mờ và một cho việc
ứng dụng phương pháp điều khiển mô hình dự báo MPC trong việc giải quyết
bài toán ổn định cho đối tượng nổi, là vấn đề được quan tâm nhất trong
chương này. Thông qua việc nghiên cứu hai ứng dụng này, có thể thấy, việc
áp dụng các thuật toán thông minh vào các ứng dụng cụ thể, đặc biệt là các
bài toán liên quan đến động học cho đối tượng nổi rất có triển vọng và đầy
hứa hẹn. Khả năng giải quyết được bài toán trong điều kiện thiếu thông tin về
đối tượng của phương pháp điều khiển logic mờ sẽ là lựa chọn để nghiên cứu
sâu và kỹ hơn trong các chương tiếp theo.
Chương 4 ỔN ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG NỔI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN THỰC TẾ
Chương này phân tích các vấn đề liên quan đến sức nổi, tính ổn định của
đối tượng nổi, đặc biệt là tàu thuỷ theo hai nội dung chính: vấn đề ổn định
ngang (sự nghiêng và mặt nghiêng – heel and list) và ổn định dọc (hay độ
chênh– trim). Xuyên suốt nội dung của chương là các kiến thức cơ bản nhất
khi nghiên cứu các vấn đề liên quan đến tính ổn định và sức nổi cho đối tượng

6

nổi. Ở mức độ của người nghiên cứu lý thuyết thì những kiến thức này không
thể thiếu trong quá trình nghiên cứu về đối tượng nổi, bao gồm cả từ khái
niệm thuật ngữ cho đến những nguyên tắc cơ bản nhất trong vấn đề nghiên
cứu đối tượng. Ở đây, các nguyên lý về tính toán lực, mô men, xác định vị trí
trọng tâm G, tâm nổi B, khuynh tâm M... của đối tượng nổi là nền tảng cực kỳ
quan trọng trong việc giải quyết các bài toán ổn định đối tượng nổi và điều
khiển sức nổi. Mặc dù kiến thức đưa ra thảo luận trong chương là rất cơ bản
nhưng hoàn toàn đáp ứng được mong muốn giải quyết các bài toán rất thực tế
khi nghiên cứu đối tượng nổi. Hàng loạt ví dụ trong phần trình bày đã cho
thấy những kiến thức đưa ra hoàn toàn có thể giải quyết rất nhiều vấn đề từ
đơn giản đến phức tạp, xoay quanh việc tính toán việc ổn định, tính toán điều
chỉnh sức nổi, tính toán các điều kiện thay đổi tải trọng để giữ cân bằng đối
tượng nổi. Những kiến thức ở chương này sẽ là cơ sở cho việc giả quyết nhiều
vấn đề liên quan đến điều khiển sức nổi, vấn đề ổn định đối tượng nổi.
Chương 5 THIẾT KẾ VÀ CÁC BƯỚC XÂY DỰNG HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI, TÀU LASH MẸ
Chương này đã đề cập đến những vấn đề liên quan đến quá trình xem xét
thiết kế và xây đựng hệ thống tự động cân bằng cho phương tiện nổi và kho
nổi nói chung và cho tàu Lash nói riêng theo phương pháp dằn (kiểu ballast).
Việc thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng kiểu dằn cho tàu Lash đã được
phân tích sâu bao gồm từ giải pháp thiết kế, chọn cấu trúc phần cứng (trên hệ
PLC), việc thiết kế phần mềm chức năng giao diện giám sát và điều khiển...
Các vấn đề về điều khiển mờ, cấu trúc bộ điều khiển mờ trong phần cứng
được lựa chọn và thuật toán điều khiển cũng đã được mô tả chi tiết. Ngoài ra,
chương này cũng đã đề cập đến việc thiết kế thiết bị đo nghiêng lêch, một
thiết bị đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điều khiển cân bằng
phương tiện nổi. Các kết quả ở chương này thực sự là nền tảng cho việc triển
khai lắp đặt và thử nghiệm hệ thống cân bằng trên tàu Lash.

7

Chương 6 TRIỂN KHAI THỰC TẾ VÀ LẮP ĐẶT THỬ NGHIỆM
SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI TRÊN TÀU LASH MẸ
Chương này mô tả các công việc triển khai lắp đặt thiết bị của hệ thống
tự động cân bằng trên tàu Lash, các sản phẩm thực tế được lắp ráp và hoàn
thành tại xưởng, việc kết nối và thử nghiệm tính năng hoạt động của hệ thống
tại xưởng có sự giám sát của đại diện cơ quan đăng kiểm. Phần cuối cùng
dành để trình bày công tác chuẩn bị triển khai lắp đặt thiết bị trên tàu Lash,
quá trình thử nghiệm hệ thống trên tàu Lash.
Chương 7 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Phần này nêu các kết quả mà đề tài đạt được, đánh giá về số lượng và
chất lượng so với hợp đồng KHCN và thuyết minh đã đăng ký.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đề xuất việc sử dụng và áp dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài .
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nêu danh mục các tài liệu được trích dẫn, sử dụng và đề cập tới để
nghiên cứu và bàn luận trong báo cáo.

8


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG KHO NỔI, PHÂN TÍCH
VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI
Các cấu trúc nổi rất lớn VLFS (Very large floating structures) là đối
tượng nổi có thể bố trí cạnh bờ cũng như ở ngoài khơi xa bờ. VLFS hay
VLFF (Very Large Floating Flatforms) có thể được kết cấu để làm sân bay
nổi như (The Mega-Float, a floating airport prototype Tokyo Bay, Japan.),
cầu nổi như (Yumemai floating bridge, Osaka, Japan), đê chắn sóng, cầu tàu,

âu nổi, thiết bị kho chứa FSO (Floating Storage and Offloading vessels), các
trạm năng lượng sức gió hoặc mặt trời, cho mục đích quân sự, mặt bằng khu
công nghiệp, trạm cấp cứu, thiết bị giải trí, công viên giải trí, các cấu trúc xa
bờ di động, thậm chí có thể dùng làm nơi cư trú. Thực sự, vấn đề cuối cùng
đáng kỳ vọng sớm trở thành hiện thực so với các vấn đề khác. Người ta đã
đưa ra nhiều quan điểm xây dựng thành phố nổi hoặc tổ hợp sống phức tạp.
VLFS có thể chia thành hai loại: kiểu pontoon (kiểu phao) hoặc kiểu nửa
chìm (semi-submersible). Kiểu cũ có cấu trúc đơn giản, phẳng, có tính ổn
định cao, giá thành chế tạo thấp, dễ bảo trì, sửa chữa. Khi ngoài khơi có gió
to, sóng lớn, VLFS thường có cấu trúc kiểu nửa chìm (được dằn bằng hệ
thống các khoang két có thể xả vào hoặc bơm nước biển ra) để giảm thiểu ảnh
hưởng của sóng trong quá trình duy trì sức nổi không thay đổi. Cấu trúc nửa
chìm thường được sử dụng cho mục đích khai thác dầu, khí và nhiều mục
đích khác. Chúng được cố định bởi các cột kiểu ống, đóng cừ hoặc các hệ gia
cường và điều khiển cân bằng (ngang) bằng hệ thống điều khiển dằn kiểu
ballast (điều khiển mức chất lỏng trong các két). Trái lại, kiểu pontoon (kiểu
phao) đơn thuần phải nổi trên mặt biển, là một cấu trúc rất linh hoạt so với các
kiểu cấu trúc ngoài khơi, do đó vấn đề biến dạng kiểu co giãn (elatics) rất
quan trọng trong chuyển động vật thể rắn của chúng. Như vậy, việc phân tích
VLFS chính là phân tích hiện tượng co giãn thủy động học của VLFS cùng

10


với chuyển động của VLFS. Đáp ứng của VLFS trên sóng, nước và tác động
của nó trên toàn miền chất lỏng trở thành các vấn đề lớn đang được nỗ lực
nghiên cứu [29].
1.1. Vấn đề điều khiển cân bằng sức nổi
Các kho nổi thường hoạt động trong điều kiện mang tính đặc thù trên
môi trường nước, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường khắc nghiệt như

sóng, gió, dòng chảy, chế độ làm việc và tình trạng tải trọng v.v..., nên việc
điều hành các hoạt động trên kho nổi, phương tiện nổi phức tạp hơn là các
trạm, kho ở trên đất liền. Các công trình nghiên cứu như [14], [15], [16] đã
chỉ ra rằng, kho nổi và hầu hết phương tiện nổi là đối tượng mà động học của
nó rất phức tạp, có đến 6 bậc tự do, có chu kỳ giao động riêng, hoạt động dựa
trên nguyên lý sức nổi nên vấn đề điều chỉnh các quá trình động học, đặc biệt
là quá trình cân bằng ngang (tức là giữ cho phương tiện nổi thẳng đứng trên
mặt phẳng nước) luôn được đặt ra nhằm đảm bảo cho phương tiện đó hoạt
động được một cách tối ưu, an toàn cho phương tiện, thiết bị và con người.
Đối với các phương tiện nổi tự hành, việc cân bằng nhằm nâng cao hiệu quả
hoạt động của máy lái, hiệu quả hoạt động của chân vịt, giảm rung do hệ động
lực của chân vịt, máy chính, giảm các ứng suất nguy hiểm do sự chênh lệch
áp suất trên bề mặt diện tích vỏ của phần thể tích lượng chiếm nước v.v.... Về
nguyên tắc, bánh lái và chân vịt hoạt động có hiệu quả khi ngập hẳn dưới
nước (tạo được được mô men lái và lực đẩy chân vịt lớn). Nếu tàu bị chúi mũi
(trim) và chân vịt hở, tốc độ con tàu có thể bị giảm rất nhiều nhưng máy chính
hoàn toàn có thể bị quá tốc độ do nhẹ tải và biên độ rung có thể tăng lên rất
lớn cực kỳ nguy hiểm.
Khi tàu bị nghiêng mạn (lift hay heel), tính điều khiển được của con tàu
bị giảm, nhất là trường hợp bánh lái và hệ trục chân vịt được phân bố đối
xứng theo sống tàu. Trong trường hợp này, mô men lái và lực đẩy chân vịt có
độ chênh lệch lớn giữa các bên, rất khó giữ được hướng chuyển động của con

11


tàu theo hành trình. Trong một số trường hợp, sự nghiêng mạn là nguyên nhân
xô lệch và trôi, dồn tải trọng rất nguy hiểm như trên các tàu chở công ten nơ
(xem Hình 1.1). Chính vì vậy trên các loại tàu này, thường yêu cầu được trang
bị các két đặc biệt chống lắc (tank anti-roll) và hệ thống tự động điều chỉnh

theo các độ nghiêng lệch (Auto heel). Các két chống lắc này sẽ tạo ra các đối
trọng phù hợp theo trạng thái nghiêng lệch để vừa tạo cân bằng vừa chống lắc
cho phương tiện. Trên hình Hình 1.2 minh họa các trạng thái nghiêng lệch
ngang (heel) và nghiêng lệch dọc (trim).

Hình 1.1 Thử nghiệm về sự nguy hiểm do nghiêng lệch trên tàu công ten nơ

Hình 1.2 Các trạng thái nghiêng lệch heel và trim
Ngoài các két chống lắc kiểu anti-roll, các tàu này còn được trang bị
thêm két ở mũi (thậm chí cả ở phía đuôi) để điều chỉnh độ lệch dọc của tàu
theo mớn nước mũi và đuôi (trim). Trong trường hợp như vậy hệ thống điều
khiển cân bằng có thêm chức năng điều chỉnh độ lệch dọc (Auto heel and trim
control). Các két anti–roll và các két dùng để hiệu chỉnh lệch dọc (trim) là các

12


két có dung tích lớn so với các két ballast (két dằn) thông thường. Mỗi két này
có thể chứa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn mét khối nước bên trong nên tác
động kiểu đối trọng của chúng là rất hiệu quả. Tuy vậy, thể tích nước trong
két này luôn được khống chế trong khoảng từ 10-90% thể tích, bảo đảm độ dự
trữ sức nổi trong mọi trường hợp phải thao tác dịch chuyển lượng nước bên
trong [6], [15].
Đối với phương tiện nổi thụ động (không được trang bị hệ động lực đẩy
chính), việc cân bằng là điều kiện tất yếu đảm bảo các tính năng của phương
tiện, chẳng hạn các âu nổi, sân bay nổi, các cầu nổi, khách sạn nổi luôn phải ở
trạng thái cân bằng trong quá trình hoạt động. Các công trình nghiên cứu về
kết cấu nổi, điển hình như [16], [17], [18] đã chỉ ra rằng, rất nhiều phương
tiện nổi khi hoạt động phải có được tính năng cân bằng sức nổi một cách mềm
mại (smooth) trong các điều kiện thời tiết, thuỷ triều lên xuống, khi chất tải

lên hoặc dỡ bớt tải ra khỏi phương tiện. Trong quá trình khai thác hệ thống
cầu tàu nổi cho tàu chở ô tô đang hoạt động tại Ujina Nhật bản, ở Vancouver
Canada, người ta thấy rằng, các cầu tàu này phải bảo đảm điều chỉnh được
sức nổi để tạo đươc độ cân bằng ngang và độ dốc hợp lý ở hai đầu cầu (giữa
cảng và cầu, giữa cầu và tàu) để ô tô dễ lên, xuống khi thuỷ triều thay đổi và
khi mớm nước của tàu thay đổi do lương ô tô trên tàu liên tục thay đổi.
Nguyên tắc này được tuân thủ nghiêm ngặt hơn khi dịch chuyển các kết cấu
siêu trường, siêu trọng từ cảng xuống phương tiện nổi hoặc ngược lại. Trong
trường hợp này, độ phẳng ngang giữa mặt phẳng bến cảng và mặt phẳng của
phương tiện nổi được tính toán điều chỉnh ở mức tốt nhất có thể được (bằng
cách điều chỉnh sức nổi của phương tiện nổi thông qua lượng nước trong các
két dằn). Với phương tiện nổi cở lớn dạng kho chứa nổi dùng để chuyên chở,
chứa và xuất dầu thô dạng lỏng, một yêu cầu đặt ra là phải đo đựợc lượng dầu
trong các khoang chứa, càng chính xác càng tốt để bảo đảm không những việc
nhận và xuất dầu thô một cách chính xác mà còn tránh đuợc hiện tượng xuất

13


hiện các ứng suất nguy hiểm lên thành vỏ phương tiện do không kiểm soát
được áp suất trong các khoang chứa. Lý do là mức dầu trong các khoang két
này phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, có thể ở trạng thái đông đặc khi nhiệt độ
xuống thấp, và cũng có thể ở trạng thái rất lỏng khi được hâm nóng bởi bộ
phận hâm dầu. Khi được hâm nóng, thể tích dầu tăng lên, làm tăng áp suất
trong khoang chứa, còn khi đông đặc thể tích dầu giảm, trong khoang chứa có
thể xuất hiện áp suất kiểu chân không. Áp suất này luôn luôn được tính toán
theo mức dầu, nhiệt độ, hệ số giản nở và nhiều yếu tố vật lý khác liên quan
đến loại dầu lỏng trong khoang chứa. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng,
yếu tố quan trọng để kiểm soát được áp suất trong từng khoang két là phải đo
được chính xác mức dầu trong các khoang két, và để thỏa mãn điều này, kho

nổi phải được giữ ở trạng thái cân bằng . Cũng giống các tàu chở công ten nơ,
hiện nay, Công ước quốc tế về tàu biển yêu cầu các tàu chở dầu có trọng tải
trên 20 ngàn tấn phải được trang bị các két chống lắc anti-roll [13].
Ngoài vấn đề vừa nêu, điều kiện cân bằng cũng là điều kiện cho các tính
năng khác của phương tiện nổi hoạt động được an toàn, chẳng hạn việc cất hạ
cánh lên, xuống sân bay trên kho nổi và phương tiện nổi cỡ lớn (đòi hỏi sân
bay phẳng, góc nghiêng và biên độ nhấp nhô thấp v.v...), nhiều thiết bị trên
phương tiện nổi như cầu thang máy không thể hoạt động nếu góc nghiêng lớn.
Chính vì vậy, vấn đề cân bằng phương tiện nổi nói chung và kho nổi luôn là
vấn đề được quan tâm, bắt đầu từ khâu thiết kế, thi công đóng mới cho đến
các quá trình khai thác phương tiện. Các hệ thống này không cần thiết trên đất
liền nhưng không thể thiếu trên các kho nổi hoặc các trạm nổi và nhiều loại
phương tiện nổi khác.
1.2 Các kỹ thuật ổn định chuyển động cuộn cho tàu thuỷ
Những yếu tố đầu tiên dẫn đến việc ổn định chuyển động cuộn (loại
chuyển động chính gây nên các hiện tượng nghiêng lệch) hay còn được gọi là
SRS (Ship roll stability), tốt là sự phân bố tải trọng và việc thiết kế thân tàu

14


cẩn thận [4], [9] . Froude đã khẳng định yếu tố kích thích chuyển động lắc lư
của tàu không phải là chiều cao hay độ dốc của sóng trong tài liệu còn phôi
thai của ông về sự lắc lư của tàu thuỷ từ năm 1861. Ông đã chú thích thêm
rằng, sóng ngắn xuất hiện dốc hơn sóng dài nên không có ưu điểm nào về việc
cố làm giảm chu kỳ lắc lư tự nhiên của tàu. Thay vào đó, chu kỳ này được mở
rộng nhiều đến mức có thể để tránh sự đồng bộ hoá (cộng hưởng) với tần số
kích thích của sóng. Điều này chỉ có thể đạt được bằng cách :
• Làm tăng mô men quán tính.
• Làm giảm tính ổn định bề ngang

Yếu tố thứ nhất hoàn toàn có liên quan đến sự phân bố trọng tải trên tàu,
nhưng trái lại yếu tố thứ hai lại liên quan đến hình dáng thân tàu. Về phần
hình dáng thân tàu và sự giảm lắc, việc làm tăng đáng kể sự giảm lắc có thể
đạt được bởi những thân tàu có thiết kế với bán kính đáy tàu nhỏ, và việc bố
trí những trang thiết bị phụ thuộc được định vị càng xa đến mức có thể so với
trọng tâm [9], [14].
Mặc dù những cố gắng tốt đã mở rộng chu kỳ tự nhiên của tàu, nhưng
điều đó không thể tránh được những kích thích của sóng gây ra hiện tượng lắc
lư ở một vài điều kiện khi đi xa. Hơn nữa sự giảm lắc của thân tàu có thể
không đủ để làm giảm chuyển động cuộn đến những mức như mong muốn.
Với những nguyên nhân này, tàu cần được trang bị những hệ thống chống
chuyển động cuộn.
Như đã được nhận xét trong [21], nếu xem xét những mẫu ghi được khi
quan sát hiện tượng lắc lư của tàu, có một số lớn những mẫu đưa ra mà từ đó
chỉ một một vài đáp ứng được nguyên mẫu ban đầu. Hơn nữa, tác giả còn đưa
ra những quan sát và nhận xét rằng, hiệu quả của tất cả những bộ thăng bằng
phụ thuộc vào chuyển động của khối lượng và do đó chúng có thể được phân
loại theo ba tính chất cơ bản:
1, Kiểu chuyển động

15


• A (gia tốc). Mô men rút gọn được đưa ra bởi gia tốc khối lượng .
• D (trọng lượng rẽ nước của tàu). Mô men rút gọn được đưa ra bởi tác
động của trọng tâm trên khối lượng di chuyển.
2, Vị trí
• I (bên trong ). Khối lượng ở bên trong tàu
• E (bên ngoài). Khối lượng ở bên ngoài tàu
3, Kiểu khối lượng

• S (chất rắn). Khối lượng là chất rắn.
• F (chất lỏng). Khối lượng là chất lỏng.
Rõ ràng, không phải những sự kết hợp ở trên là có thể. Phần dưới đây
cung cấp tổng quan về những nguyên lý làm việc của những thiết bị này và
thảo luận về những ưu và nhược điểm của chúng.
1.2.1 Phương pháp dùng con quay hồi chuyển

Hình 1.3 Sử dụng con quay hồi chuyển trong hệ thống cân bằng tàu
Kiểu con quay hồi chuyển (xem Hình 1.3) của bộ thăng bằng sử dụng
những hiệu ứng hồi chuyển của bánh lái ở tốc độ quay chuyển lớn tạo ra mô

16


men rút gọn. Cách sử dụng những hiệu ứng hồi chuyển đã được đề nghị như
là phương pháp để loại bỏ lắc đúng hơn là làm giảm nó. Phương pháp này
hiện nay không được sử dụng, nhưng nếu cần quan tâm đến có thể nghiên cứu
trong nhiều tài liệu tham khảo như [16].
1.2.2 Phương pháp dùng sống đáy tàu
Sống đáy tàu (xem Hình 1.4) là dạng đơn giản nhất của bộ thăng bằng
được sắp xếp bố trí thông thường. Đây là những sống tàu hẹp dài đã được
dựng lên theo sử đổi hướng của đáy tàu. Mục đích sử dụng những sống đáy
tàu được đưa ra trước Fruode ở giữa thế kỷ 19.
Những sống đáy tàu làm tăng độ suy giảm lắc lư của thân tàu bằng cách
tạo ra những lực kéo mà tác động vuông góc với sống tàu và chống lại những
chuyển động lắc lư. Theo cách này, động năng đã kết hợp với chuyển động
lắc lư được biến đổi thành động năng của chất lỏng bởi những hiệu ứng dính
(tung ra xoáy nước). Ưu điểm chính của những sống đáy tàu là :
• Tạo được sự suy giảm lắc tương đối hiệu quả, đặc biệt là ở những tốc
độ chậm. Hiệu quả đạt được sự suy giảm góc lắc ở trong miền 10 – 20%

(RMS) [4].
• Mức độ cần bảo trì thấp, không cần thiết phải có những thiết kế đặc
biệt đối với thân tàu.
• Không chiếm không gian, không làm tăng đáng kể trọng lượng chết.
• Giá thành thấp và lắp ráp dễ dàng.
Một vài nhược điểm của sống đáy tàu được chỉ ra như sau:
• Làm tăng sức cản của thân tàu trong những điều kiện nước tĩnh (khi sự
làm giảm lắc lư là không cần thiết). Mặc dù điều này đã được làm giảm bớt đi
bởi việc điều chỉnh cần thận phù hợp với hình dáng khí động của thân tàu, sự
tăng sức cản trong nước tĩnh có thể vẫn là đáng kể [9].
• Không phải tất cả các loại tàu đều có thể phù hợp với phương pháp
giảm lắc kiểu sống đáy tàu. Ví dụ như, chúng có thể là bài toán tiềm tàng khó

17


giải đối với những tàu đánh cá sử dụng lưới, và rất dễ gây nguy hiểm cho
những tàu phá băng.
Để chi tiết hơn về việc thực hiện, kích thước của những sống tàu, có thể
xem [4], [14] và những tài liệu tham khảo trong đó.

Hình 1.4 Sự xếp bố trí dằn đáy sống tàu
1.2.3 Hệ thống ổn định kiểu vây và kiểu quay bánh lái
Hệ thống bổ trợ cho việc ổn định cân bằng kiểu vây (fin stabiliser) (xem
Hình 1.5) thường lắp đối xứng hai bên mạn. Mục đích của các hệ thống bổ trợ
ổn định kiểu vây hoặc kiểu quay bánh lái (Rudder Roll Stabilization System)
chủ yếu là tạo ra các mô men có khả năng làm suy giảm các mô men, gây ra
hiện tượng mất cân bằng đối tượng nổi, xuất hiện do chế độ hoạt động của
phương tiện, chẳng hạn như mô men xuất hiện do lực ly tâm ở chế độ quay
trở, mô men mất cân bằng do sóng gió trên hành trình v.v... Các mô men này

được tạo ra bằng cách liên tục dịch chuyển bánh lái theo một chiến lược điều
khiển đặc biệt (đối với hệ thống ổn định kiểu quay bánh lái) hoặc là điều
chỉnh độ mở và góc nghiêng của các vây (hệ thống ổn định kiểu vây) trên cơ
sở tận dụng ảnh hượng đặc biệt vào yếu tố tốc độ của phương tiện. Các hệ
thống này được thiết kế để hoạt động độc lập, hoặc có thể phối hợp với nhau.
Tuỳ thuộc vào tính năng được thiết kế cho đối tượng, hệ thống bổ trợ cân
bằng kiểu quay bánh lái hoặc hệ thống kiểu vây có thể hoặc không được trang

18


bị vì lý do độ phức tạp cũng như giá thành, do điều kiện để ứng dụng được
(yếu tố tốc độ).

Hình 1.5 Kết cấu và vị trí lắp đặt các vây hai bên mạn để ổn định tàu
Trong thực tế, các phương pháp cải thiện ổn định cân bằng có sự trợ giúp
của máy lái hoặc kiểu vây được ứng dụng trên các tàu có tốc độ cao như tàu
quân sự, tàu tuần tra biển, các tàu khách cao tốc v.v. Hệ thống tiêu biểu hoạt
động theo phương thức này được hãng RollRoy phát triển và sử dụng khá phổ
biến, cụ thể lắp trên tàu quân sự của Hải quân Hà lan (Royal Netherlands

19