Hoàn thiện phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ theo hướng bù các sai số động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ DOÃN VĂN MINH HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ THEO HƯỚNG BÙ CÁC SAI SỐ ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ DOÃN VĂN MINH HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ THEO HƯỚNG BÙ CÁC SAI SỐ ĐỘNG Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hoá Mã số : 62 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS – Vũ Hỏa Tiễn 2. TS – Nguyễn Hữu Sơn Hà Nội - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc đến TS. Vũ Hỏa Tiễn, Phó Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Điều khiển - HVKTQS và TS. Nguyễn Hữu Sơn, Phó Chủ nhiệm Bộ môn Tên lửa - Khoa KTĐK - HVKTQS đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cám ơn các thầy giáo của Khoa Kỹ thuật Điều khiển đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cám ơn các cán bộ Phòng Sau đại học - HVKTQS đã giúp đỡ tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vi Danh mục các hình vẽ và bảng biểu ix Mở đầu 1 Cơ sở khoa học của bài toán nghiên cứu phương pháp dẫn …………… 3 Cơ sở thực tiễn của bài toán nghiên cứu phương pháp dẫn.…………… 3 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu của luận án……………………………….3 Mục đích nghiên cứu………………………………………………………4 Nội dung nghiên cứu của luận án …………………………………………4 Đánh giá tính thực tiễn, tính khoa học và đóng góp mới của luận án…… 7 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TỰ DẪN VÀ PHÂN TÍCH HẠN CHẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP DẪN TỈ LỆ TRUYỀN THỐNG 9 1.1. Bài toán điều khiển tự dẫn.…………………… ………………… 9 1.2. Tổng quan về các phương pháp tự dẫn điển hình………………… 12 1.2.1. Phương pháp dẫn thẳng………………………………………….16 1.2.2. Phương pháp dẫn đuổi………………………………………… 18 1.2.3. Phương pháp tiệm cận song song……………………………… 22 1.2.4. Phương pháp tiếp cận tỉ lệ……………………………………….23 1.3. Phân tích những hạn chế của phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ……….25 1.3.1. Những hạn chế của phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ…………… 26 1.3.2. Những bài toán cơ bản cần giải khi hoàn thiện phương pháp dẫn tỷ lệ…….……………………………………………………30 1.4. Kết luận chương 1………………………………………………… 31 iv Chương 2. ĐÁNH GIÁ NHỮNG ẢNH HƯỞNG CƠ BẢN ĐẾN YÊU CẦU TẠO QUÁ TẢI CỦA PHƯƠNG PHÁP DẪN TỶ LỆ TRUYỀN THỐNG………………… 34 2.1. Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng cơ động của mục tiêu đến hiệu quả PPD tỉ lệ…………………………………………………………… 35 2.1.1. Mô hình mục tiêu cơ động với gia tốc không đổi……………… 43 2.1.2. Mô hình mục tiêu cơ động một phía…………………………… 45 2.1.3. Mô hình mục tiêu cơ động kiểu con rắn…………………………48 2.2. Khảo sát đánh giá ảnh hưởng gia tốc dọc trục tên lửa đến hiệu quả phương pháp tiếp cận tỉ lệ 50 2.3. Khảo sát đánh giá ảnh hưởng gia tốc trọng trường đến hiệu quả phương pháp tiếp cận tỉ lệ 55 2.4. Khảo sát đánh giá ảnh hưởng đồng thời sự cơ động của mục tiêu, gia tốc dọc trục tên lửa và gia tốc trọng trường đến hiệu quả phương pháp tiếp cận tỉ lệ 58 2.5. Kết luận chương 2 61 Chương 3. HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ THEO HƯỚNG BÙ CÁC SAI SỐ ĐỘNG 62 3.1. Xây dựng phương pháp dẫn trong trường hợp mục tiêu không cơ động 62 3.2. Xây dựng PPD tiếp cận tỉ lệ khi tính đến ảnh hưởng cơ động của mục tiêu 73 3.3. Xây dựng PPD tiếp cận tỉ lệ khi tính đến ảnh hưởng của gia tốc dọc trục tên lửa 79 3.4. Xây dựng PPD tiếp cận tỉ lệ khi tính đến ảnh hưởng của gia tốc trọng trường 82 3.5. Tổng hợp luật dẫn tiếp cận tỷ lệ có bù sai số động 85 3.6. Giải pháp kỹ thuật hiện thực hóa PPD mới hoàn thiện 86 v 3.6.1. Tổng hợp bộ lọc tối ưu bám sát cự li tương đối và vận tốc tiếp cận 87 3.6.2. Tổng hợp bộ lọc tối ưu gia tốc mục tiêu cơ động 93 3.7. Kết luận chương 3 101 Chương 4. KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHƯƠNG PHÁP DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ KHI TÍNH ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC SAI SỐ ĐỘNG 102 4.1. Khảo sát đánh giá hiệu quả PPD tiếp cận tỉ lệ trước và sau hoàn thiện 103 4.1.1. Mục đích 103 4.1.2. Điều kiện tiến hành thực nghiệm 103 4.1.3. Kết quả mô phỏng 104 4.1.3.1. Mục tiêu cơ động với gia tốc không đổi 104 4.1.3.2. Mục tiêu cơ động một phía 109 4.2. Kết luận chương 4 113 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 115 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 PHỤ LỤC 125 Phụ lục 1. Các kết quả mô phỏng 126 Phụ lục 2. Các chương trình mô phỏng 144 Phụ lục 3. Tính quan sát được của các mô hình không gian trạng thái 179 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 1. Danh mục các ký hiệu. m D - Cự li tương đối giữa mục tiêu – tên lửa.  m D - Vận tốc tương đối giữa mục tiêu – tên lửa.  - Góc nghiêng đường ngắm mục tiêu – tên lửa. p  - Tốc độ quay góc đường ngắm. V mt - Vận tốc mục tiêu. V p - Vận tốc tên lửa. V - Vận tốc tiếp cận TL - MT p  - Góc nghiêng quỹ đạo tên lửa. mt  - Góc nghiêng quỹ đạo mục tiêu p   - Tốc độ góc nghiêng quỹ đạo tên lửa. mt   - Tốc độ góc nghiêng quỹ đạo mục tiêu. p  - Góc nghiêng trục dọc tên lửa. mt  - Góc nghiêng trục dọc mục tiêu. W x - Thành phần gia tốc dọc trục tên lửa. W mt - Thành phần gia tốc mục tiêu. g - Gia tốc trọng trường W p  - Thành phần gia tốc tên lửa vuông góc với đường ngắm TL – MT. W x  - Thành phần gia tốc dọc trục vuông góc với đường ngắm TL – MT. W mt  - Thành phần gia tốc mục tiêu vuông góc với đường ngắm TL – MT. W p - Thành phần gia tốc pháp tuyến tên lửa. vii W mt - Thành phần gia tốc pháp tuyến mục tiêu. h - Độ trượt tức thời.  - Góc tấn công.  - Góc trượt.  - Góc hướng.  - Góc đón. z - Tín hiệu quan sát x - Véc tơ trạng thái u - Véc tơ tín hiệu vào tiền định  - Tạp trắng Gause trung tâm, không tương quan F - Ma trận chuyển trạng thái trong miền thời gian liên tục  - Ma trận chuyển trạng thái trong miền thời gian rời rạc B - Ma trận khuếch đại tín hiệu vào trong miền thời gian liên tục H - Ma trận quan sát x ˆ - Ước lượng trạng thái của x T A - Ma trận chuyển vị của ma trận A K - Ma trận khuếch đại D - Ma trận tương quan sai số hậu nghiệm 2. Danh mục các chữ viết tắt. BĐH - Bộ định hướng BĐKT - Bảo đảm kỹ thuật CBTH - Cân bằng tín hiệu CNTT - Công nghệ thông tin CGCN - Chuyển giao công nghệ ĐHH - Động hình học ĐKTD - Điều khiển tự dẫn ĐK – TBB - Điều khiển thiết bị bay viii ĐTD - Đầu tự dẫn HTĐKTL - Hệ thống điều khiển tên lửa HXĐTĐ - Hệ xác định toạ độ KHKT - Khoa học kỹ thuật MP - Một phía MT - Mục tiêu MTCĐ - Mục tiêu cơ động NLR - Nhiên liệu rắn PK - Phòng không PPD - Phương pháp dẫn QĐĐ - Quỹ đạo động QĐMT - Quỹ đạo mục tiêu QĐTL - Quỹ đạo tên lửa QTMT - Quá tải mục tiêu QTTL - Quá tải tên lửa TBB - Thiết bị bay TCTL - Tiếp cận tỉ lệ TL - Tên lửa TL – MT - Tên lửa – mục tiêu TLĐH - Tên lửa đối hải TLKQ - Tên lửa không quân TLPK - Tên lửa phòng không TLPKTD - Tên lửa phòng không tự dẫn TLTD - Tên lửa tự dẫn SSĐ - Sai số động VĐK - Vòng điều khiển VKTBKT - Vũ khí trang bị kỹ thuật [...]... tự dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ khi tính đến các thành phần bù xi 4.2 - Quỹ đạo TL dẫn bằng PPD tiếp cận tỉ lệ trong 2 trường hợp không bù và có bù sai số động 4.3 - Quá tải TL dẫn bằng PPD tiếp cận tỉ lệ trong 2 trường hợp không bù và có bù sai số động 4.4 - Quỹ đạo TL dẫn bằng PPD tiếpcận tỉ lệ trong 2 trường hợp không bù và có bù sai số động 4.5 - Quá tải TL dẫn bằng PPD tiếp cận tỉ lệ trong... tự dẫn có bù sai số động theo trọng lượng và gia tốc dọc trục 2.1 - ĐHH tự dẫn giải thích sự quay đường ngắm 2.2 - Cấu trúc VĐK kín tự dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ 2.3 - Quỹ đạo TL – MT dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động 2.4 - Quá tải TL dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động 2.5 - Quỹ đạo TL – MT dẫn theo phương pháp tiếp cận. .. đạo TL – MT dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động dạng một phía 2.10 - Quá tải TL dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động dạng một phía 2.11 - Quỹ đạo TL – MT dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động dạng con rắn 2.12 - Quá tải TL dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động dạng... phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động với gia tốc không đổi 2.6 - Quá tải TL dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động với gia tốc không đổi 2.7 - Quỹ đạo TL – MT dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động dạng một phía 2.8 - Quá tải TL dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp mục tiêu cơ động dạng một phía... - Động hình học tự dẫn khi tính đến tham số gia tốc dọc trục 2.14 - Quỹ đạo TL – MT dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường hợp gia tốc dọc trục tên lửa 2.15 - Quá tải TL dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ với các trường gia tốc dọc trục tên lửa 2.16 - Động hình học tự dẫn 2.17 - Quỹ đạo TL – MT dẫn theo phương pháp tiếp cận tỉ lệ khi tính đến gia tốc trọng trường 2.18 - Quá tải TL dẫn theo. .. tiêu diệt mục tiêu Hầu hết các giải pháp tối ưu hóa quỹ đạo bay của TLPK đều tập trung vào hai hướng [26]: nghiên cứu các thuật toán dẫn mới và hoàn thiện các thuật toán 2 đã có Đối với lớp TLPK tự dẫn, các phương pháp hiện nay chủ yếu là các phương pháp dẫn truyền thống như phương pháp dẫn thẳng, dẫn đuổi và dẫn tiếp cận tỉ lệ Trong ba phương pháp này, phương pháp tiếp cận tỉ lệ được sử dụng rộng rãi... Hoàn thiện phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ theo hướng bù các sai số động ” được đặt ra với mục đích xây dựng một phương pháp dẫn cho TLPK hoặc TLKQ tự dẫn có tính thêm các thành phần sai số động do trọng lượng, do gia tốc dọc trục tên lửa và do sự cơ động của mục tiêu trong toàn bộ quá trình tự dẫn, nhằm nâng cao độ chính xác 3 điều khiển trong giai đoạn tự dẫn khi tiêu diệt các loại mục tiêu cơ động. .. điều khiển gaz động ta cần phải nghiên cứu cải thiện phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ bằng việc bổ sung thêm các thành phần lượng bù do sai số động trọng lượng [2,tr171], sai số động do gia tốc dọc trục tên lửa [2,tr175] và sai số động do sự cơ động của mục tiêu [2,tr177] Đây là những thành phần gây sai số đáng kể cho phương pháp dẫn tỷ lệ, đặc biệt là trong những trường hợp mục tiêu cơ động cao Xuất... phương pháp dẫn khác nhau được sử dụng khi dẫn tên lửa đến mục tiêu Tuy nhiên, các phương pháp dẫn này có thể được chia thành các dạng như sau [6]:  Dẫn Ôtônôm;  Dẫn bằng lệnh;  Tự dẫn;  Dẫn kết hợp 10 Trong các loại phương pháp dẫn, phương pháp tự dẫn là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các loại TLPK, TLKQ, TLĐH, đặc biệt là ở giai đoạn cuối tiếp cận mục tiêu Phương pháp tự dẫn thể hiện... quả của phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ ở chương 2, ở chương này tác giả tập trung vào việc: - Mô tả toán học những yếu tố ảnh hưởng để có thể tổng hợp và hoàn thiện thuật toán của phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ có tính đến các yếu tố ảnh hưởng; - Xây dựng phương pháp đo - đánh giá các yếu tố ảnh hưởng xác định những lượng bù cần thiết để cải thiện chất lượng của phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ truyền . BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ DOÃN VĂN MINH HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ THEO HƯỚNG BÙ CÁC SAI SỐ ĐỘNG LUẬN. Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ DOÃN VĂN MINH HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ THEO HƯỚNG BÙ CÁC SAI SỐ ĐỘNG Chuyên. tiêu (TL - MT) thông qua việc sử dụng các nguồn tài liệu tham khảo [2], [6], [31], [65] . Chứng minh bằng phương pháp mô phỏng ảnh hưởng độc lập, cũng như ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố đã