Bài viết trình bày phương pháp nâng cao chất lượng dữ liệu thu được từ thiết bị đo sai lệch vị trí tuyệt đối đầu cuối của hệ thống, đảm bảo cho sai số hệ thống nằm trong dải yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỮ LIỆU TRONG ĐIỀU KHIỂN BỆ HỎA LỰC ĐỘ CHÍNH XÁC CAO Lê Trần Thắng*, Nguyễn An Hải, Nguyễn Thị Lê Na Tóm tắt: Điều khiển hệ thống vũ khí, khí tài ln địi hỏi độ xác cao, đồng thời hệ thống hoạt động điều kiện khắc nghiệt nên chất lượng điều khiển thành phần hệ thống phải đảm bảo yêu cầu thiết kế Bệ phóng tên lửa Igla xe ZSU23-4 số hệ thống điều khiển hỏa lực thiết kế, chế tạo đơn vị Để nâng cao độ xác điều khiển sử dụng thiết bị resolver đo sai lệch đầu cuối, nhiên, sai số tự thân thiết bị, sai số lắp ráp, chế tạo khí dẫn đến liệu nhận hệ thống nằm ngồi dải chất lượng u cầu Bài báo trình bày phương pháp nâng cao chất lượng liệu thu từ thiết bị đo sai lệch vị trí tuyệt đối đầu cuối hệ thống, đảm bảo cho sai số hệ thống nằm dải yêu cầu kỹ thuật đặt Từ khóa: ZSU23-4; Sai số; Sai lệch vị trí; Resolver; Điều khiển ĐẶT VẤN ĐỀ Tổ hợp phòng không tầm thấp tự hành ZSU23-4 trang bị cho Phịng khơng Lục qn Liên Xơ vào năm 1962, sau đưa vào trang bị cho nhiều nước thuộc khối xã hội chủ nghĩa có Việt Nam [1] Khí tài có tính ưu việt lúc như: khả động, hệ thống tính toán tự động, tốc độ bắn lớn,… Tuy nhiên, qua thời gian sử dụng khí tài cần có cải tiến nâng cấp để đáp ứng yêu cầu chiến tranh công nghệ cao Việc cải tiến nâng cấp tổ hợp ZSU23-4 hoàn chỉnh, nhằm nâng cao khả chống trả mục tiêu chiến tranh đại cần tiến hành theo nhiều bước, bước tích hợp tên lửa phịng khơng tầm thấp (PKTT) lên tổ hợp ZSU23-4 Để hệ thống vũ khí tổ hợp làm việc hiệu quả, tăng xác suất tiêu diệt mục tiêu yêu cầu hệ thống điều khiển phải đồng có độ xác cao, việc liên quan đến thông tin liệu hệ thống Trong tổ hợp ZSU234 cải tiến tích hợp tên lửa PKTT việc xác định vị trí bệ tên lửa thơng qua đầu đo góc dùng resolver với ưu điểm cảm biến điện, độ phân giải cao chịu điều kiện khắc nghiệt thời gian dài, lựa chọn tốt cho hệ thống quân Tuy nhiên, thực tế thiết kế, chế tạo triển khai tích hợp hệ thống ln tồn sai số, sai số làm giảm độ xác liệu Bài báo trình bày phương pháp nâng cao chất lượng liệu điều khiển bệ tên lửa tích hợp tổ hợp ZSU23-4 cải tiến, dựa sở liệu thực tế thu từ thiết bị chuẩn thuật tốn tuyến tính đoạn để xác định giá trị bù sai lệch cho hệ thống MƠ HÌNH ĐẦU ĐO VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Theo yêu cầu đặt cho hệ thống độ phân giải vị trí phải đạt 0.1 mrad tương ứng với 60.000 xung/vòng sai số tĩnh hệ thống mrad Để đảm bảo đạt độ phân giải sai số điều khiển hệ thống, thiết kế lựa chọn đầu đo Resolver [3] (Đầu đo cảm biến dạng biến áp xoay cos-sin) Trong đó, phần cảm cuộn dây quấn rotor (R1R2) phần ứng hai cuộn dây quấn stator có vị trí lệch 90o (S1S3 S2S4) hình Tín hiệu kích thích có dạng hình sin đặt vào cuộn cảm Khi đó, vị trí trục rotor so với stator xác định thơng qua tỉ lệ biên độ hai tín hiệu hai cuộn dây phần ứng pha tín hiệu so với tín hiệu kích thích Gọi tín hiệu kích thích đặt vào cuộn dây phần cảm Do hai cuộn dây phần ứng đặt lệch 90o, ta có tín hiệu cuộn dây là: S1 = KsA0sin(ωt) S2 = KsA0cos(ωt) , (1) đó, Ks hệ số truyền đạt cảm biến Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 55 Kỹ thuật Điện tử - Tự động hóa Hình Cấu tạo bên cảm biến resolver Để thu nhận, xử lý tín hiệu (1) sử dụng IC 16 bit, tổng số xung nhận 65.536 xung/vịng Trong q trình chế tạo, tích hợp hệ thống ln tồn sai số hình thành từ: sai số thiết bị đo; sai số lắp đặt; sai số nhiễu tác động; sai số xử lý tính tốn, Sai số làm cho độ xác điều khiển hệ thống không đảm bảo yêu cầu đề (sai số vị trí khơng lớn 1mrad) Để giảm sai số cần đưa phương pháp xử lý phù hợp Dễ nhận thấy sai số đầu cuối hệ thống tổng hợp sai số khâu trước (hình 2) Vị trí đặt Sai số Khâu tính tốn điều khiển Khâu khuếch đại Động Cơ cấu chấp hành Đầu đo Đọc xử lý liệu Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển bệ Do sai số đầu cuối gồm nhiều thành phần bất định nên việc xác định theo giải tích tốn học khơng khả thi, có nhiều nghiên cứu xác định sai số thuật toán nhận dạng theo mơ hình nhận dạng mạng nơ ron, sau bù trừ q trình điều khiển nhằm tăng chất lượng hệ thống, nhiên nhiều lý khác thực tế chưa ứng dụng thuật tốn Sau trình bày thuật toán ứng dụng thực tiễn triển khai nhiệm vụ đơn vị XÂY DỰNG THUẬT TỐN BÙ SAI SỐ Cảm biến đo nghiêng độ xác cao Khối thu thập Và xử lý số liệu Cơ cấu Cảm biến đo góc tuyệt đối dẫn động Hình Mơ hình xác định sai số hệ thống 56 L T Thắng, N A Hải, N T L Na, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … độ xác cao.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Trong thực tế triển khai nhiệm vụ bệ tên lửa gắn tháp pháo nên kênh điều khiển hướng đồng theo chuyển động tháp pháo, đề tài tập trung vào điều khiển kênh tầm Góc điều khiển kênh tầm nằm giới hạn từ độ đến 90 độ (tương đương từ đến 1500 ly giác), góc tạo thành từ mặt phẳng bệ tên lửa góc quy Để bù sai số cho kênh tầm sử dụng mơ hình tương đương hình Bắt đầu Đọc gói liệu Resolver Kiểm tra Gói liệu Sai Báo lỗi đầu đo góc Đọc góc Resolve Tra bảng, lấy liệu bù Thuật tốn tuyến tính đoạn, xác định giá trị bù Sai Kết thúc ? Đúng Kết thúc Hình Lưu đồ thuật tốn bù sai số Trong mơ hình góc quay tầm bệ tên lửa xác định thông qua: Cảm biến đo nghiêng độ xác cao [4] đo góc nghiêng thực tế mặt phẳng bệ tên lửa (là giá trị chuẩn), sai số thiết bị lấy số liệu chuẩn nhỏ sai số cần đạt hệ thống; Cảm biến đo góc tuyệt đối [3] xác định giá trị đầu cuối hệ thống truyền động Dựa vào số liệu cảm biến xác định sai số cần bù Quá trình xác định sai số trình xây dựng tập liệu tiến hành theo bước sau: Bước 1: Lắp đặt, thiết lập hệ thống, quy cảm biến đo góc tuyệt đối cảm biến đo nghiêng độ xác cao (sử dụng cảm biến đo nghiêng ZCT-CX09 góc đo khoảng 90 độ sai số đến 0,005 độ) Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 57 Kỹ thuật Điện tử - Tự động hóa Bước 2: Điều khiển hệ thống theo góc nằm dải đo, bước đo lựa chọn tùy thuộc vào biến đổi sai số hệ thống (bước đo thay đổi đoạn) Số liệu thu hiệu số cảm biến chuẩn cảm biến hệ thống Bước 3: Lặp lại bước với số lần lặp phù hợp để đánh giá sai số lặp lại hệ thống (phụ thuộc vào cảm biến, việc lắp đặt chế tạo cấu truyền động, ) Nếu sai số lặp lại hệ thống lớn quay lại bước với bước đo giảm, ví dụ bước đo từ 30 ly giác giảm xuống thành 15 ly giác, Bước 4: Lấy trung bình sai số điểm đo, giá trị tối ưu nhằm khử sai lệch lặp lại thấp Lập bảng sai lệch, bảng giá trị trung bình sai số ứng với điểm đo Sau chuẩn bị tập liệu đầu vào, tiến hành xây dựng thuật toán bù sai số theo bước sau: Bước 1: Đọc liệu từ cảm biến đo góc tuyệt đối (Resolver); Bước 2: Kiểm tra liệu thu từ cảm biến đo góc tuyệt đối, sai báo lỗi quay lại bước 1, sang bước 3; Bước 3: Đọc liệu góc trả từ cảm biến đo góc; Bước 4: Tra bảng liệu để lấy liệu bù sai số; Bước 5: Sử dụng phương pháp tuyến tính đoạn để xác định giá trị bù, thực bù sai số; Bước 6: Kiểm tra điều kiện dừng, sai quay lại bước 3, sang bước 7; Bước 7: Dừng thuật toán Lưu đồ thuật toán thể hình 4 KẾT QUẢ ÁP DỤNG THUẬT TỐN Áp dụng thuật tốn thu thập liệu cho bệ phóng tên lửa Igla tích hợp xe ZSU23-4 thu kết sau Tiến hành khảo sát sai lệch hệ thống xây dựng tập liệu, thực lần lấy liệu cách tuần, điều kiện môi trường thử nghiệm: nhiệt độ từ 33 độ C đến 36 độ C; độ ẩm khơng khí từ 75% đến 85%; áp suất atm Hình Kết phép đo lần lấy liệu thứ 58 L T Thắng, N A Hải, N T L Na, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … độ xác cao.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Kết phép đo lần lấy liệu thứ hai Nhận xét kết thu được: Các yếu tố ảnh hưởng đến sai lệch phép đo bao gồm: - Các kết đo buổi kiểm tra tập trung quanh đường sai lệch trung bình, sai số sai số lặp lại phép đo Sai số độ rơ khí, khe hở bánh răng, điểm đo, lấy giá trị trung bình làm giảm sai số xuống thấp - Các đường trung bình phép đo thời điểm khác (biến động nhiệt độ, độ nghiêng chân đế, phân bố tải,…) có khác nhau, tương đối ổn định Giá trị sai số lớn ly giác (1mrad) - Đường cong trung bình sai số nguyên nhân lắp đặt khí, độ lệch tâm, uốn vặn, biến dạng khí, Sai số ổn định phép đo, bù việc khảo sát toàn dải bù sai lệch Áp dụng thuật toán bù sai lệch, tiến hành kiểm tra sai số hệ thống thu được: Hình Sai số hệ thống sau bù sai số Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 59 Kỹ thuật Điện tử - Tự động hóa Nhận xét: Sai số hệ thống cịn, thành phần sai số ngẫu nhiên, vậy, giá trị sai số hệ thống nằm ngưỡng yêu cầu, không lớn ly giác KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm kiểm tra hệ thống ta thấy thuật toán bù sai số phát huy tác dụng, giúp giảm sai số hệ thống ngưỡng yêu cầu, giúp nâng cao chất lượng điều khiển, bám bắt mục tiêu bệ phóng Thuật tốn thử nghiệm ứng dụng vào thực tế, tương lai so sánh kết thuật toán với thuật toán nhận dạng sai số khác để đánh giá TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu kỹ thuật, “Hướng dẫn sử dụng tổ hợp khí tài ZSU23-4”, nhà máy A34, Cục Kỹ thuật, Quân chủng PK-KQ [2] Tài liệu kỹ thuật đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu, thiết kế, tích hợp chế tạo tổ hợp phóng tên lửa phịng khơng tầm thấp A72 tác chiến ngày đêm”, Viện Tự động hóa KTQS – Viện Tên lửa/Viện KHCNQS; Cục Kỹ thuật/Quân chủng PK-KQ, 2019 [3] www.feedbackdevices.com [4] https://www.inclinesensor.com ABSTRACT RESEARCH FOR ENHANCED DATA QUALITY IN HIGH ACCURACY LAUNCHER CONTROL Controlling weapons and weapons systems always requires high accuracy, and because the system operates in harsh conditions, the quality of control as well as each component in the system must ensure the necessary requirements The Igla missile launcher on the ZSU23-4 vehicle is one of the fire control systems currently being designed and manufactured at the unit In order to improve control accuracy, a resolver device is used to measure the error of the terminal, but the errors of the device itself, errors due to assembling and mechanical manufacturing lead to data received from the system being out of date required quality range This paper presents a method to improve the quality of data obtained from the absolute absolute position deviation measuring device of the system, ensuring that the system error is within the specified range of technical requirements Keywords: ZSU23-4; Error; Position error; Resolver; Control Nhận ngày 17 tháng năm 2021 Hoàn thiện ngày 20 tháng 10 năm 2021 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2021 Địa chỉ: Viện Tự động hóa Kỹ thuật quân sự, Viện KHCN quân * Email: ltranthang@gmail.com 60 L T Thắng, N A Hải, N T L Na, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … độ xác cao.” ... từ 33 độ C đến 36 độ C; độ ẩm khơng khí từ 75% đến 85%; áp suất atm Hình Kết phép đo lần lấy liệu thứ 58 L T Thắng, N A Hải, N T L Na, ? ?Nghiên cứu nâng cao chất lượng … độ xác cao. ” Nghiên cứu. .. đo nghiêng độ xác cao Khối thu thập Và xử lý số liệu Cơ cấu Cảm biến đo góc tuyệt đối dẫn động Hình Mơ hình xác định sai số hệ thống 56 L T Thắng, N A Hải, N T L Na, ? ?Nghiên cứu nâng cao chất lượng. .. … độ xác cao. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ Trong thực tế triển khai nhiệm vụ bệ tên lửa gắn tháp pháo nên kênh điều khiển hướng đồng theo chuyển động tháp pháo, đề tài tập trung vào điều khiển