Các hệ thống ổn định truyền thống như cánh lắc (fin stabilizer), bể ổn định (anti-rolling tank) hoặc vây giảm lắc (bilge keel) đều tồn tại hạn chế: Hiệu quả thấp khi tàu đứng yên, chiếm nhiều không gian và làm tăng lực cản thủy động. Gần đây, rotor Magnus được xem là một giải pháp tiềm năng nhờ khả năng tạo mô-men phản lắc dựa trên hiệu ứng Magnus, có ưu điểm đơn giản, hiệu quả ở tốc độ thấp và chi phí vận hành thấp [1, 2].

Trong lĩnh vực điều khiển, các nghiên cứu trước chủ yếu sử dụng PID hoặc điều khiển trượt cổ điển (SMC), tuy nhiên các phương pháp này chỉ đảm bảo hội tụ tiệm cận, tức là hệ thống chỉ đạt ổn định khi thời gian tiến đến vô cùng. Điều này làm giảm khả năng đáp ứng nhanh và độ bền vững khi có nhiễu sóng gió. Với Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế, phân tích ổn định Lyapunov và kiểm nghiệm mô phỏng bộ điều khiển FTSMC cho hệ thống ổn định lắc Magnus. Kết quả cho thấy bộ điều khiển đề xuất giúp giảm đáng kể biên độ dao động và thời gian ổn định, khẳng định tính khả thi và hiệu quả vượt trội của phương pháp so với điều khiển trượt truyền thống

Để khắc phục, nghiên cứu đề xuất áp dụng điều khiển trượt với thời gian hội tụ hữu hạn (Finite-Time Sliding Mode Control - FTSMC) cho hệ thống ổn định lắc bằng rotor Magnus. Phương pháp FTSMC cho phép trạng thái hệ thống hội tụ về điểm cân bằng trong thời gian hữu hạn, giúp rút ngắn thời gian đáp ứng, tăng độ bền và tính phi tuyến thích nghi.

FTSMC được đề xuất nhằm ổn định chuyển động lắc ngang của tàu thủy sử dụng hệ thống rotor Magnus dưới tác động của nhiễu giới hạn từ môi trường biển. Trước hết, mặt trượt phi tuyến dạng lũy thừa kép được xây dựng để đảm bảo quá trình hội tụ nhanh chóng trong thời gian hữu hạn. So với các phương pháp điều khiển tiệm cận, bộ điều khiển đề xuất cho phép trạng thái của hệ thống đạt đến điểm cân bằng trong một khoảng thời gian hữu hạn phụ thuộc vào các tham số của bộ điều khiển, qua đó cải thiện đáng kể tốc độ đáp ứng và khả năng bền vững. Dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov, tính ổn định hữu hạn thời gian của hệ thống kín được chứng minh một cách chặt chẽ. Cuối cùng, mô phỏng số được thực hiện trong môi trường MATLAB để đánh giá hiệu quả và độ bền vững của bộ điều khiển đề xuất so với điều khiển trượt thông thường.

Nghiên cứu này đã phát triển và đề xuất một bộ điều khiển trượt nhằm ổn định và giảm lắc tàu sử dụng thiết bị Rotor Magnus trong điều kiện tồn tại bất định tham số và nhiễu môi trường. Bộ điều khiển được xây dựng dựa trên mô hình động lực học đầy đủ của hệ thống, đồng thời đảm bảo tính bền vững theo lý thuyết Lyapunov. Ba kịch bản mô phỏng với trạng thái ban đầu khác nhau đã được thực hiện để xác minh hiệu quả thuật toán.

Kết quả mô phỏng chứng minh bộ điều khiển có khả năng triệt tiêu góc lắc nhanh, sai số xác lập nhỏ và đảm bảo hệ luôn hoạt động trong chế độ trượt. Điều này cho thấy đề xuất là một giải pháp khả thi và hiệu quả trong việc tăng cường độ ổn định ngang cho tàu biển. Đóng góp của nghiên cứu nằm ở chỗ khai thác thiết bị Rotor Magnus như một cơ cấu giảm lắc mới, tiềm năng, đồng thời cung cấp một chiến lược điều khiển mạnh mẽ, phù hợp triển khai thực tế trên các phương tiện hàng hải hiện đại.

Tuy nhiên, nghiên cứu hiện mới dừng lại ở mô phỏng và chưa đánh giá ảnh hưởng của các giới hạn cơ cấu chấp hành, cũng như chưa xét đến điều kiện biển động phức tạp (tác động kết hợp của sóng - gió - dòng chảy). Do đó, trong các hướng phát triển tương lai, nhóm tác giả sẽ tập trung giảm rung điều khiển, tích hợp ràng buộc tốc độ quay rotor, mở rộng mô phỏng sang các trạng thái nhiễu đa dạng hơn và tiến hành thử nghiệm thực tế trên mô hình để xác minh hiệu năng của bộ điều khiển.