Về một giải pháp đo hệ số lệnh từ đài điều khiển tên lửa chống tăng tầm gần ứng dụng vi mạch tích hợp

Bài viết Về một giải pháp đo hệ số lệnh từ đài điều khiển tên lửa chống tăng tầm gần ứng dụng vi mạch tích hợp trình bày nguyên lý lập lệnh và hệ số lệnh từ đài điều khiển mặt đất cho tên lửa chống tăng có điều khiển tầm gần. Trên cơ sở đó, bài báo đề xuất ứng dụng vi mạch tích hợp đo trực tiếp hệ số lệnh đồng thời theo kênh tầm, kênh hướng đài điều khiển mặt đất của tên lửa chống tăng.

Nghiên cứu khoa học công nghệ Về giải pháp đo hệ số lệnh từ đài điều khiển tên lửa chống tăng tầm gần ứng dụng vi mạch tích hợp Vũ Anh Hiền, Trần Hữu Phương*, Bùi Văn Tuân, Nguyễn Đăng Hưng Viện Tên lửa – Viện Khoa học Công nghệ quân * Email: tranhuuphuong83@gmail.com Nhận bài: 21/8/2022; Hoàn thiện: 8/11/2022; Chấp nhận đăng: 28/11/2022; Xuất bản: 23/12/2022 DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2022.17-24 TĨM TẮT Bài báo trình bày ngun lý lập lệnh hệ số lệnh từ đài điều khiển mặt đất cho tên lửa chống tăng có điều khiển tầm gần Trên sở đó, báo đề xuất ứng dụng vi mạch tích hợp đo trực tiếp hệ số lệnh đồng thời theo kênh tầm, kênh hướng đài điều khiển mặt đất tên lửa chống tăng Việc sử dụng vi mạch điện tử tích hợp giúp cho hệ thống đo nhỏ gọn, trực quan, nâng cao độ xác, độ tin cậy q trình kiểm tra, hiệu chỉnh sử dụng đài điều khiển tên lửa chống tăng có điều khiển tầm gần Từ khóa: Tên lửa chống tăng có điều khiển; Đài điều khiển tên lửa; Vi mạch tích hợp ĐẶT VẤN ĐỀ Tên lửa chống tăng (TLCT) tầm gần có điều khiển loại tên lửa dẫn đường thiết kế với mục tiêu chủ yếu công phá huỷ xe tăng, xe thiết giáp hạng nặng đối phương Để phục vụ nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm tra chức đo hệ số lệnh đài điều khiển TLCT có điều khiển tầm gần kiểu B72 kiểu CTVN18 [1, 6], nhiệm vụ đặt phải hiểu rõ chất nguyên lý điều khiển lập lệnh, phương pháp đo hệ số lệnh (HSL) cho lớp TLCT có kênh điều khiển, quay quanh trục dọc sử dụng máy lái làm việc chế độ rơ le Đối với TLCT kênh điều khiển, hệ số lệnh phản ánh lực điều khiển trung bình vịng quay tên lửa Giá trị tuyệt đối hệ số lệnh nằm khoảng từ đến Hệ số lệnh tương ứng với tín hiệu điều khiển mà tác động có lực điều khiển trung bình cực đại Như vậy, việc đo hệ số lệnh giúp đánh giá khả lập lệnh đài điều khiển mặt đất theo giá trị lệnh tuyệt đối tương ứng với kênh tầm, kênh hướng cho TLCT trình bay tiếp cận mục tiêu tương ứng với lệnh: Lên trên; Xuống dưới; Sang phải; Sang trái; Lệnh không Tổng hợp công trình nghiên cứu gần đây, số cơng trình nghiên cứu nước ngồi nước cơng bố kết nghiên cứu sở lý thuyết nguyên lý lập lệnh điều khiển tính tốn hệ số lệnh cho lớp tên lửa điều khiển kênh [2, 3, 8] Trong cơng trình [4, 5, 7] tác giả nghiên cứu, xây dựng công thức tính tốn lý thuyết gần HSL điều khiển cho lớp tên lửa tầm gần điều khiển kênh kiểu tổ hợp TLCT B72 Tuy nhiên, toán nghiên cứu ứng dụng vi mạch tích hợp để thực hóa phép đo hệ số lệnh chưa đề cập cơng trình Mục đích báo khảo sát, nghiên cứu mô nguyên lý lập lệnh, xây dựng giải pháp đo hệ số lệnh đài điều khiển mặt đất cho lớp tên lửa (TL) chống tăng tầm gần, điều khiển kênh sử dụng máy lái kiểu rơ le Tiếp theo, nhóm tác giả đề xuất giải pháp kỹ thuật ứng dụng vi mạch tích hợp để thực hóa phép đo HSL đài điều khiển mặt đất TLCT hai mặt phẳng kênh tầm kênh hướng Phần cuối kết thử nghiệm so sánh đo đánh giá hiệu làm việc thiết bị kiểm tra chức đo HSL với thiết bị cũ LB Nga Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 12 - 2022 17 Điều khiển – Tự động hóa NGUYÊN LÝ LẬP LỆNH VÀ HỆ SỐ LỆNH TRÊN TLCT TẦM GẦN 2.1 Nguyên lý lập lệnh điều khiển cho TLCT tầm gần Tổ hợp TLCT tầm gần sử dụng hệ thống điều khiển kênh để điều khiển TL Nó có đặc điểm lực điều khiển cấu chấp hành (máy lái) tạo Tín hiệu điều khiển từ ĐĐK mặt đất chuyển tới cấu chấp hành điều khiển TLCT hai mặt phẳng: mặt phẳng hướng (theo phương nằm ngang) theo mặt phẳng tầm (theo phương thẳng đứng) Hình Sơ đồ hệ tọa độ lực tác động lên TLCT Theo [5], trình điều khiển TLCT hai mặt phẳng thực nhờ quay cưỡng TL mặt phẳng OY1Z1 theo trục dọc OX1 với tốc độ góc khơng đổi ω Mặt phẳng chuyển hướng loa P-P (hình 1.b) gắn chặt với TL Khi TL quay với tốc độ góc ω mặt phẳng chuyển hướng P-P quay với tốc độ ω Trong trường hợp này, máy lái làm lệch véc tơ lực đẩy động hành trình góc ± δ tạo thành phần véc tơ lực ngang - véc tơ lực điều khiển R dk (giả thiết mặt phẳng OX1Z1) Véc tơ lực điều khiển R dk tạo mơ men điều khiển M dk (hình 1.b) tâm khối Mô men điều khiển làm M dk lệch trục OX1 so với véc tơ vận tốc, làm xuất góc thành phần lực nâng khí động Lực làm đổi hướng véc tơ vận tốc Để tạo hướng động cho TL theo mong muốn cần tổng hợp lệnh điều khiển U dk từ đài điều khiển (ĐĐK) mặt đất để tạo lực điều khiển trung bình Rdktb có hướng độ lớn cần thiết Để thay đổi hướng bay TL cần phải đổi hướng véc tơ lực điều khiển trung bình R dktb , nghĩa quay véc tơ R dktb góc φ so với trục OZ1 Điều đạt cách truyền lên TL tín hiệu điều khiển U dkcb dạng hình sin với tốc độ góc ω pha ban đầu φ Khi này, biểu thức tín hiệu điều khiển có dạng: U dkcb  U0 sin(ωt-φ) ; (1) đó: U - Biên độ tín hiệu điều khiển Theo [6], tín hiệu điều khiển tổng hợp thực tế U dk truyền tới TL gồm tín hiệu điều khiển kết hợp với tín hiệu tuyến tính hóa có dạng: U dk  U0 sin(ωt - φ)  U L sin(ωL t) ; (2) đó: U L - Biên độ tín hiệu tuyến tính; ω L - Tần số góc tín hiệu tuyến tính, giá trị ω L lấy gấp đôi tần số quay TL ( ωL  2ω ) để giữ đặc trưng hệ thống điều khiển không thay đổi tần số quay TL thay đổi Ở ĐĐK mặt đất biên độ tín hiệu tuyến tính hóa U L khơng đổi, cịn biên độ tín hiệu điều khiển U thay đổi phụ thuộc vào góc lệch tay lái Như vậy, giá trị tuyệt đối Rdktb phụ thuộc vào góc lệch tay lái Lực điều khiển Rdk chiếu lên phương φ có dạng: Rdk  Rmax  sign(U dk )  cos(ωt-φ) ; 18 (3) V A Hiền, …, N Đ Hưng, “Về giải pháp đo hệ số lệnh … ứng dụng vi mạch tích hợp.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ đó: Rmax - Lực điều khiển lớn nhất; sign(U dk )  1 - Hàm dấu tín hiệu điều khiển 2.2 Hệ số lệnh tín hiệu điều khiển có tín hiệu tuyến tính hóa Theo [7], HSL tức thời K tính tỷ số trung bình lực điều khiển tác động lên đạn TLCT Rdktb thời điểm đó, với giá trị lớn trung bình lực điều khiển tác động lên đạn Rdktb _ max K Rdktb Rdktb _ max (4) Hệ số lệnh K phụ thuộc vào tỷ số biên độ U U L K  Hệ số lệnh tương ứng với tín hiệu điều khiển U dk mà tác động có lực điều khiển trung bình cực đại Rdktb _ max  0.637 R0 ; đó, R0 giá trị không đổi lực điểu khiển tham số động cấu chấp hành định Xét phương pháp tính hệ số lệnh K U trường hợp tỷ số số biên độ    , đặc tuyến tín hiệu điều khiển, tín hiệu U L0 tuyến tính hóa, lực điều khiển TL theo kênh tầm kênh phương vị, biểu đồ hệ số lệnh TL mơ tả hình Hình Phương pháp tính hệ số lệnh tín hiệu điều khiển có thành phần tín hiệu tuyến tính hóa: a - Tín hiệu điều khiển bản; b - Tín hiệu tuyến tính hố; c - Tín hiệu điều khiển tổng hợp; d - Lực điều khiển TL kênh phương vị; e - Lực điều khiển TL kênh tầm; f - Biểu đồ lực điều khiển trung bình lên TL Từ biểu đồ hình 2.f, ta thấy sau vịng quay đầy đủ TL cân diện tích: diện tích bao cung 2’ - - 4’ diện tích bao cung - 3’ - 2.Còn diện tích khơng cân bao cung 2-4’ Diện tích xác định giá trị hướng lực điều khiển trung bình tạo mơ men điều khiển TL Từ đồ thị hình chiếu Rđktb lên trục Z1 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 12 - 2022 19 Điều khiển – Tự động hóa kênh phương vị (hình 2.d) ta thấy, giá trị trung bình hình chiếu lực điều khiển lên trục Z1 ( Rdktb _ Z1 ) kênh phương vị sau chu kỳ Giá trị trung bình hình chiếu lực điều khiển lên trục Y1 ( Rdktb _ Y1 ) kênh góc tầm (hình 2.e) bằng: Rdktb _ Y1  0.3R0 Hệ số lệnh trường hợp bằng: K Rdktb Rdktb _ max  0.3R0  0.47 0.637 R0 (5) Ta có nhận xét sau: Trong trường hợp tổng quát, thay đổi biên độ tín hiệu điều khiển U giữ nguyên giá trị biên độ tín hiệu tuyến tính hố U L làm thay đổi hệ số lệnh K Việc thay đổi K dẫn đến tăng hay giảm diện tích hình rẻ quạt 2, 4’ (hình 2.f), làm tăng hay giảm Rdktb Hướng Rdktb góc pha φ tín hiệu điều khiển định GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐO HỆ SỐ LỆNH TRÊN TLCT TẦM GẦN Trong mục này, nhóm tác giả trình bày giải pháp kỹ thuật để thực hóa phép đo HSL kênh tầm KT HSL kênh hướng K H với chứng minh toán học nêu phần Về chất để thực hóa việc đo HSL, ta cần: - Tín hiệu điện áp chuẩn đồng với chuyển động mặt phẳng chuyển hướng loa P-P hai mặt phẳng vng góc theo kênh tầm kênh hướng TLCT B72 có hệ thống điều khiển kênh TL xoay quanh thân bay nên tín hiệu chuẩn hai hình sin lệch pha 90o - Tín hiệu điện áp điều khiển tổng hợp mơ tả quỹ đạo chuyển động chụp loa có dạng điều chế (PWM) bị trễ xử lý hệ thống điều khiển máy lái Hình Mơ hình Matlab Simulink giải pháp đo hệ số lệnh TLCT Đo HSL ta thực điều chế hai tín hiệu gồm tín hiệu điều khiển tổng hợp dạng PWM với hai tín hiệu điện áp chuẩn dạng sin, cos Sau thực tích phân tín hiệu sau điều chế chia số học với hệ số tỷ lệ cố định ktl  0.637 Để chứng minh cho phương án nhóm tác giả xây dựng mơ hình Matlab/Simulink mơ giải pháp đo hệ số lệnh hình hình 20 V A Hiền, …, N Đ Hưng, “Về giải pháp đo hệ số lệnh … ứng dụng vi mạch tích hợp.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Mơ hình Matlab Simulink mơ giải pháp đo HSL hình bao gồm hai kênh đo HSL kênh tầm KT đo HSL kênh phương vị K H với thành phần: khối tạo giả tín hiệu điều khiển; khối điều chế sử dụng nhân tín hiệu (2 bộ); tích phân dạng lọc thông thấp (2 bộ); chia (2 bộ) Hình Kết mơ với biên độ tín hiệu tuyến tính tín hiệu điều khiển trùng pha Kết mơ với biên độ tín hiệu tuyến tính tín hiệu điều khiển trùng pha mơ tả hình Trong đó, hình 4.a đặc tuyến tín hiệu điều khiển tổng hợp U dk Đặc tuyến hình 4.b lực điều khiển TL so với mặt phẳng hướng RdkH Đặc tuyến hình 4.c lực điều khiển TL mặt phẳng góc tầm RdkT Hệ số lệnh thể biểu đồ dạng sóng hình 4.d Khi đó, hệ số lệnh theo kênh góc tầm KT  0.47 hệ số lệnh theo kênh phương vị K H  Mơ hình Matlab/Simulink giải pháp đo HSL sở quan trọng để nghiên cứu hiểu trình hình thành lệnh điều khiển hệ thống điều khiển TLCT, thể trực quan lệnh điều khiển TL làm sở thiết kế mạch điện đo hệ số lệnh TLCT theo kênh phương vị kênh góc tầm Sơ đồ khối mạch đo hệ số lệnh TL ứng dụng linh kiện vi mạch tích hợp mơ tả hình 5, bao gồm thành phần sau: Mạch chuẩn hóa tín hiệu tín hiệu đầu vào để chỉnh mức qua khơng cho tín hiệu, phục vụ hiệu chỉnh mạch trước đo Bộ nhân tín hiệu ứng dụng vi mạch tích hợp AD633 Bộ nhân AD633 hoạt động khuếch đại nhạy pha Bộ lọc thông thấp để tích phân tín hiệu đầu AD633 thành tín hiệu chiều hệ số lệnh để tiện để biến đổi truyền cho vi điều khiển xử lý Mạch phối hợp thay đổi hệ số tích phân lọc nhằm tăng tính tác động nhanh cho lọc thông thấp Bộ biến đổi A-D biến đổi tín hiệu chiều tỷ lệ với độ lớn pha lệnh thành tín hiệu số truyền vào vi điều khiển để xử lý hiển thị Độ lớn HSL hiển thị trực tiếp LCD giá trị số cụ thể (hình 6.b) Phương pháp đo HSL ứng dụng thiết bị kiểm tra chức đài điều khiển TLCT tầm gần Thiết bị kiểm tra chức đài điều khiển TLCT nguyên LB Nga khơng có khả hiển thị định lượng HSL theo kênh Thiết bị nhóm tác giả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khắc phục nhược điểm Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 12 - 2022 21 Điều khiển – Tự động hóa Mạch phối hợp Điện áp điều khiển Mạch chuẩn hóa tín hiệu Điện áp chuẩn Mạch chuẩn hóa tín hiệu U dk sin ωt U dk cosωt Bộ nhân AD633 Bộ nhân AD633 Lọc thông thấp Lọc thông thấp HSL kênh tầm KT Bộ A-D vi xử lý HSL kênh hướng KH Bộ A-D vi xử lý LCD hiển thị HSL Mạch phối hợp Hình Sơ đồ khối mạch đo hệ số lệnh TL ứng dụng vi mạch tích hợp a Thiết bị LB Nga b Thiết bị nhóm tác giả thiết kế, chế tạo Hình Thiết bị kiểm tra chức đài điều khiển TLCT tầm gần THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA THIẾT BỊ ĐO Hình Sơ đồ thử nghiệm đo hệ số lệnh thiết bị kiểm tra chức đo HSL sử dụng mạch tích hợp 22 V A Hiền, …, N Đ Hưng, “Về giải pháp đo hệ số lệnh … ứng dụng vi mạch tích hợp.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Thiết bị kiểm tra chức đài điều khiển TLCT tầm gần kết nối với ĐĐK mặt đất để tiến hành thực phép đo HSL Sơ đồ kết nối hệ thống đo kiểm mơ tả hình Các kết thử nghiệm, so sánh kết đo HSL ĐĐK tên lửa chống tăng tầm gần thiết bị kiểm tra chức năng, đo HSL LB Nga với thiết bị đo HSL theo kênh tầm kênh phương vị thể bảng Bảng Kết thử nghiệm đo HSL với ĐĐK mặt đất TT 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Bài kiểm tra Chỉ tiêu Thiết bị LB Nga Thiết bị VN ≤ 0,11 ≤ 0,11 ≤ 0,11 0,75 ± 0,15 0,75 ± 0,15 Không hiển thị -nt-nt-nt-nt- 0,07 0,1 0,05 0,86 0,88 0,45 ± 0,08 0,95 ÷ 1,0 0,1 ± 0,05 0,35 ÷ 0,75 0,35 ÷ 0,75 Tín hiệu hiển thị phù hợp với tín hiệu chuẩn bảng hướng dẫn -nt-nt-nt-nt-nt- 0,46 0,99 0,05 0,6 0,5 Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Hệ số lệnh kênh hướng, K H Lệnh “0” Lệnh “Lên trên” Lệnh “Xuống dưới” Lệnh “Sang phải” Lệnh “Sang trái” Hệ số lệnh kênh tầm, KT Lệnh “0” Lệnh “Lên trên” Lệnh “Xuống dưới” Lệnh “Sang phải” Lệnh “Sang trái” Quan sát vòng tròn lệnh điều khiển Nhận xét: Từ kết thử nghiệm, so sánh bảng 1, ta thấy HSL đo từ thiết bị kiểm tra chức năng, đo HSL phù hợp với kết tính tốn mơ Như vậy, việc lựa chọn giải pháp kỹ thuật đo hệ số lệnh ứng dụng vi mạch tích hợp lý KẾT LUẬN Bài báo trình bày nguyên lý lập lệnh hệ số lệnh từ ĐĐK mặt đất cho TLCT tầm gần Trên sở đó, nhóm tác giả xây dựng mơ hình matlab/simulink, mơ sơ đồ chức khối lập lệnh đề xuất giải pháp kỹ thuật ứng dụng vi mạch tích hợp để đo hệ số lệnh Thiết bị đo kiểm ứng dụng phương pháp để đo hệ số lệnh thử nghiệm với ĐĐK mặt đất TLCT đạt kết tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Tổ hợp tên lửa chống tăng 9K11” Cục kỹ thuật/Bộ tư lệnh Pháo binh Hà Nội 2006 [2] Tô Văn Dực “Về phương pháp gần xác định hệ số lệnh điều khiển tên lửa kênh” Tuyển tập KNKH trung tâm KHKT CNQS, 2003 [3] Tô văn Dực, Nguyễn Văn Sơn, Phạm Vũ Uy (2006), “Động học bay nguyên lý dẫn đối tượng bay điều khiển kênh”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Văn Chúc, Nguyễn Phú Thắng, Phạm Khắc Lâm, “Mô bán tự nhiên thời gian thực tên lửa điều khiển tầm gần kiểu B-72”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 2016, Tr 106-115, số Đặc san Tên lửa, 09/2016 [5] Nguyễn Văn Chúc, Nguyễn Văn Sơn, Trần Phú Hoành “Phương pháp xác định hệ số lệnh tên lửa kênh quay quanh trục dọc” Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 2016, Tr 106-115 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 12 - 2022 23 Điều khiển – Tự động hóa [6] Bùi Văn Tuân (2017), “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra tổng hợp hệ thống điều khiển khoang kiểu tên lửa B72”, Báo cáo khoa học đề tài nghiên cứu cấp Viện KHCN quân [7] “Наземная аппаратура управления снарядом 9М14М – Комплект аппаратуры 9С428 – Техническое описание”, Изд «Машинсстроение» Москва 1967 [8] Кашин В.М “Вращающаяся управляемая ракета” Патент РФ № 2241953 от 20.10.2003 г ABSTRACT A method for measure command coefficient from ground control station of close-range guided anti-tank missile with intergrated circuit This paper presents the principle of synthetic control commands and the command coefficient from the ground missile control station for close-range guided anti-tank missiles Next, the article proposes the application of an integrated circuit to directly measure the command coefficient simultaneously according to the elevation and azimuth channels of anti-tank missiles The use of integrated circuit makes the measuring system compact, improving accuracy and reliability during calibration and using the ground missile control station of close-range guided anti-tank missiles Keywords: Anti-tank Guided Missile; Missile Control Station; Integrated Circuit 24 V A Hiền, …, N Đ Hưng, “Về giải pháp đo hệ số lệnh … ứng dụng vi mạch tích hợp.” .. .Điều khiển – Tự động hóa NGUYÊN LÝ LẬP LỆNH VÀ HỆ SỐ LỆNH TRÊN TLCT TẦM GẦN 2.1 Nguyên lý lập lệnh điều khiển cho TLCT tầm gần Tổ hợp TLCT tầm gần sử dụng hệ thống điều khiển kênh để điều khiển. .. lệnh điều khiển hệ thống điều khiển TLCT, thể trực quan lệnh điều khiển TL làm sở thiết kế mạch điện đo hệ số lệnh TLCT theo kênh phương vị kênh góc tầm Sơ đồ khối mạch đo hệ số lệnh TL ứng dụng. .. Hưng, ? ?Về giải pháp đo hệ số lệnh … ứng dụng vi mạch tích hợp. ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ đó: Rmax - Lực điều khiển lớn nhất; sign(U dk )  1 - Hàm dấu tín hiệu điều khiển 2.2 Hệ số lệnh tín