Bài viết này trình bày giải pháp kỹ thuật đồng bộ phần tử mục tiêu từ Radar K8-60 thế hệ cũ với máy chỉ huy K59-03 cải tiến ứng dụng công nghệ điện tử hiện đại nhằm khắc phục các nhược điểm của hệ thống thu tin nguyên bản và đảm bảo tính tương thích với hệ thống máy tính số trên máy chỉ huy cải tiến.
Thông tin khoa học công nghệ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐỒNG BỘ PHẦN TỬ MỤC TIÊU GIỮA RADAR K8-60 VÀ MÁY CHỈ HUY K59-03 CẢI TIẾN Nguyễn Quốc Trưởng*, Chu Đức Chình Tóm tắt: Trong trận địa pháo phòng khơng 57mm có khí tài, máy huy K59-03 nhận thơng tin phần tử β, ε, D mục tiêu từ Radar K8-60 thông qua hệ thống thu tin sử dụng xen-xin Hệ thu tin có nhược điểm kích thước cồng kềnh, độ xác, độ ổn định không cao không phù hợp với hệ thống thiết bị máy huy K59-03 cải tiến Bài báo trình bày giải pháp kỹ thuật đồng phần tử mục tiêu từ Radar K8-60 hệ cũ với máy huy K59-03 cải tiến ứng dụng công nghệ điện tử đại nhằm khắc phục nhược điểm hệ thống thu tin nguyên đảm bảo tính tương thích với hệ thống máy tính số máy huy cải tiến Từ khóa: Cảm biến xen-xin; Đồng phần tử mục tiêu; Radar K8-60; Máy huy K59-03 GIỚI THIỆU CHUNG Xen-xin dạng máy điện xoay chiều đặc biệt phát triển từ năm 20 kỉ trước đưa vào ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau: - Ứng dụng việc đo thị vị trí góc hệ chuyển động quay; - Ứng dụng hệ thống truyền tin từ xa; - Ứng dụng hệ thống điều khiển tự động điều khiển từ xa; - Đồng tốc độ hệ thống truyền động; - Đồng thời gian hệ thống điều khiển Có nhiều loại xen-xin khác tùy thuộc vào cấu trúc, chức Nếu phân chia theo cấu trúc ta có xen-xin pha xen-xin pha Nếu phân chia theo chức ta có xen-xin loại thị xen-xin cơng suất Hầu hết xen-xin cơng suất có cấu trúc pha xen-xin thị có cấu trúc pha Trong giới hạn báo, ta nghiên cứu đối tượng xen-xin pha ứng dụng hệ thống truyền tin Hình xen-xin pha CC-404 sử dụng hệ thu tin nhiều khí tài Liên Xơ sản suất Hình Hình ảnh thực tế sơ đồ nguyên lý xen-xin pha CC-404 Xen-xin pha CC-404 gồm cuộn dây R1, R2, R3 quấn lõi rotor đặt lệch 1200 cuộn dây S quấn stator Rotor xen-xin nối với trục quay để từ liên động với cấu truyền động hệ thống Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 311 K Kỹỹ thuật điều khiển & Đi Điện ện tử Nguyên lý ho hoạt ạt động xen xen-xin xin pha sau: Khi đđặt ặt điện áp xoay chiều chi ều kích thích vvào cu cuộn ộn stator S, từ thông xxoay oay chi chiều ều sinh điện áp cảm ứng cu cuộn ộn dây rotor Bi ên độ độ và pha ccủa điện áp nnày ày ph phụ ụ thuộc vvào vị Biên vị trí vật lý ccủa trục quay rotor Ng ược ợc lại, đặt nguồn xoay chiều pha vvào cu cuộn ộn Ngư dây rotor, ttừ thông tổng hợp xoay chiều sinh điện ện áp cảm ứng tr ên cu cuộn ộn dây stator S Biên đđộộ vvàà pha ccủa điện áp nnày ày ccũng ũng phụ thuộc vvào vị vị trí vật lý trục quay rotor Dựa vào Dựa vào đặt đặt tính tham chiếu 11-11 gi ữa vị trí trục quay vvàà vector ttừ thông tổng hợp ợp tr ên Rotor mà ngư người ời ta ứng dụng xen xen-xin xin pha v vào hhệệ thống đồng Trong th thực ực tế, xen xen-xin hhệệ thống đồng hoạt động theo chế độ: hoạt chế độ biến áp vvàà ch chế chếế độ thị Chế độ biến áp thường đư thường ợc sử dụng hhệệ thống điều khiển từ xa ch chếế độ hiển thị thường đư thường ợc sử dụng hhệệ thống truyền tin Trong ch chếế độ thị, xen-xi xen xin n đư ợc kết nối Hình Hệ Hệ thống truyền tin sử dụng xen xen-xin xin theo sơ đđồ hình hình chế chế độ thị thị Trong hệ hệ thống truyền tin sử dụng xen xen-xin xin chế độ thị, cuộn dây stator xen-xin xen xin phát thu được nối ccùng ùng vvới ới với nguồn xoay chiều kích thích UKT, cuộn cuộn dây rotor đđư ược ợc nối ttương ương ứng Truyền động đầu phát đđược ợc nối tới trục ục rotor xen xen xin xin phát, tr trục ục rotor xen xen xin xin thu được nối tới kim thị ccơ ccấu ấu truyền động đầu tthu hu Do đđặc ặc tính xen-xin, xen xin, tr trục ục rotor xen xin phát quay góc α, từ xen-xin từ thơng tổng hợp xoay chiều tr ên rotor ccủa phát vvàà thu ccũng ũng quay góc α Lực Lực từ tác động khiến trục rotor xen xen-xin xin thu quay góc β Do cu cuộn ộn stator tr ên xenxen-xin xin thu pphát hát được cấp ccùng ùng ngu nguồn ồn kích thích UKT nên về lí thuyết, β = α Tuy nhiên, th thực ực tế độ xác chế tạo, lực ma sát sát,, nên β ≠ α Tùy theo ch chất ất lư lượng, ợng, tuổi đời xen xen xin xin mà sai ssố ố này có th thểể khác Với xen xen-xin CC CC 404 404 cấp cấp (mới xu ất xưởng), x ởng), sai số nnày ày có th thểể ≤ 0,25o xuất HỆ Ệ THỐNG TRUYỀN TIN GIỮA RADAR K8 K8-60 60 VÀ MÁY CH CHỈỈ HUY K59-03 K59 03 NGUYÊN B BẢN ẢN Trong trận trận địa pháo ph òng khơng 57mm (PPK 57mm) có khí tài, tác chi chiến ến phòng ằng phần tử radar, radar truyền phần tử mục ti tiêu gồm gồm phần tử góc (β, (β, ε) vvàà phần tử cự li (D) mục ti phần tiêu sang máy chỉ huy K59K59-03 03 ssử dụng hệ thống truyền tin xen xen xin xin Các trắc trắc thủ tr ên máy ch chỉỉ huy thực thao tác so kim để truyền phần tử mục ti tiêu vào kh khối ối máy tính đđường ờng đạn để tính toán phần tử bắn vvàà truy truyền ền pháo háo Để Để tăng độ phân giải điều khiển vvàà đđộ ộ xác tham số truyền qua hệệ xen xen-xin, xin, ngư người ời ta sử dụng cụm xen xen xin xin thu/phát ccấp ấp gồm xenxen-xin xin sơ lư lược ợc vvàà 312 N.Q.Trư ởng, ng, C.Đ C.Đ.Ch Chình nh, ““Xây Xây dựng dựng gi giải pháp đồng đồng ộ …K59 K59 03 cải tiến.” ” N.Q.Trưở K59-03 cải tiến Thông tin khoa học cơng nghệ xen-xin xác ghép liên động với thông qua cấu bánh – hộp số với tỉ số truyền 1:20, Trong đó: - Cụm xen-xin truyền phần tử góc: Xen-xin sơ lược quay vòng 6.000 li giác, ứng với 20 vòng xen-xin xác Mỗi vòng xen-xin xác ứng với 300 li giác - Cụm xen-xin truyền phần tử cự li: Xen-xin sơ lược quay vòng 40.000 mét, ứng với 20 vòng xen-xin xác Mỗi vòng xen-xin xác ứng với 2.000 mét Hình ảnh thực tế cụm thu tin so kim phần tử cự li máy huy K59-03 nguyên Do máy tính đường đạn máy huy hệ máy tính điện nên để truyền phần tử tới khối máy tính, trắc thủ phải thực thao tác so kim cho kim khí (vạch trắng vành ngoài) trùng với kim điện (vạch trắng đĩa quay – trục rotor xen-xin thu tin) Lượng truyền vào máy tính đường đạn lượng quay khí vành ngồi cụm thu tin Hình Cụm thu tin so kim phần tử cự li Hình Sơ đồ hệ thống truyền phần tử radar – máy huy Hệ truyền phần tử radar sang pháo sử dụng hệ thống truyền tin với 12 xen-xin: xen-xin phát radar xen-xin thu máy huy kết nối theo sơ đồ hình Trong điều kiện kỹ thuật tốt nhất, hệ truyền tin xen-xin cho phép truyền phần tử mục tiêu từ radar tới máy huy với sai số phần tử góc không 0-02 li giác sai số phần tử cự li không 10 mét Tuy nhiên, điều kiện trang bị thực tế nay, chất lượng hệ thống suy giảm nên tiêu khơng thể đạt Ngồi ra, việc truyền phần tử mục tiêu vào khối máy tính đường đạn Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 313 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử thực thông qua thao tác so kim nên sai số đồng phụ thuộc nhiều vào trình độ thao tác trắc thủ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG BỘ PHẦN TỬ MỤC TIÊU GIỮA RADAR K8-60 VÀ MÁY CHỈ HUY K59-03 CẢI TIẾN Để truyền phần tử mục tiêu từ radar sang máy huy K59-03 cải tiến với hệ máy tính số, áp dụng số giải phổ biến sau: Giải pháp 1: Giữ nguyên khối thu tin β, ε, D máy huy Sử dụng đầu đo góc tuyệt đối gắn đồng trục với rotor xen-xin thu Trên sở thu thập số liệu vị trí góc trục quay xen-xin để tổng hợp nên phần tử mục tiêu đưa vào máy tính Giải pháp có ưu điểm đơn giản mặt phương pháp thực hiện, tính khả thi cao Tuy nhiên, giữ nguyên hệ thu tin xen-xin nguyên bản, bổ sung thêm đầu đo góc nên kích thước hệ thu tin cồng kềnh, khó lắp đặt Ngồi ra, sử dụng hệ xen-xin thu tin nên độ xác độ ổn định khơng cải thiện Thậm chí, việc gia tăng thêm tải học cho rotor xen-xin thu làm tăng độ sai lệch đồng phần tử Giải pháp 2: Sử dụng chuyển đổi ADC để đo biên độ tín hiệu pha xen-xin phát từ radar truyền Do số hóa trực tiếp tín hiệu xen-xin phát từ radar nên giải pháp loại bỏ hồn tồn khối thu tin xenxin, giảm kích thước hệ thống Tuy nhiên, trình xử lý liệu từ chuyển đổi ADC gây trễ nên độ xác suy giảm Do phát triển công nghệ điện tử đại, hãng sản xuất linh kiện điện tử cho đời loại đầu đo góc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực ngành điện tử - tự động hóa, đặc biệt lĩnh vực quân nhiều ưu điểm vượt trội loại cảm biến Đó đầu đo góc resolver Về bản, resolver có ngun lý hoạt động đặc tính giống với xen-xin pha Tuy nhiên, thay có cuộn dây phần ứng (cảm), resolver có cuộn dây đặt vng góc với (hình 5) Resover có ưu điểm nhỏ gọn hơn, với độ xác cao xen-xin pha, chịu đựng điều kiện làm việc khắc nghiệt môi trường quân Hình Sơ đồ ngun lý đầu đo góc resolver Cùng với đời đầu đo góc resolver vi mạch xử lý tín hiệu chuyên dụng dành riêng cho loại đầu đo với chức chế tạo chuyên biệt để phù hợp với đặc tính đầu đo Cho phép xử lý, tính tốn cách xác vị trí góc trả từ resolver Trên sở đó, báo đặt mục tiêu ứng dụng vi mạch chuyên dụng xử lý tín hiệu đầu đo góc dạng resolver để xử lý tín hiệu từ xen-xin phát từ radar để tính tốn phần tử mục tiêu Do có khác biệt mặt cấu trúc nên để xử lý 314 N.Q.Trưởng, C.Đ.Chình, “Xây dựng giải pháp đồng …K59-03 cải tiến.” Thông tin khoa học công nghệ tín hiệu xen-xin pha ứng dụng vi mạch đọc resolver, ta cần bổ sung thêm chuyển pha tương đương từ pha sang pha hệ xử lý tín hiệu Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền phần tử mục tiêu từ radar K8-60 sang máy huy K59-03 cải tiến có cấu trúc hình Hình Hệ thống truyền phần tử radar – máy huy cải tiến Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu từ xen-xin phát từ radar đưa vào chuyển đổi pha 3/2 cho phép chuyển đổi tín hiệu pha xen-xin thành tín hiệu pha sine/cosine tương ứng cho quan hệ pha tín hiệu thể hiển vị trí góc trục rotor xen-xin phát Tín hiệu pha đưa tới Khối giao tiếp xử lý tín hiệu pha sử dụng vi mạch chun dụng để số hóa tín hiệu góc xen-xin phát đưa tới Khối xử lý liệu tính tốn phần tử mục tiêu ứng dụng công nghệ FPGA CPU nhúng Trên sở số liệu vị trí góc rotor xen-xin phát có được, kết hợp với cấu trúc vật lý cụm xen-xin truyền phần tử radar, khối xử lý liệu tính tốn phần tử mục tiêu tổng hợp giá trị thực phần tử mục tiêu để truyền tới Khối máy tính đường đạn thông qua đường truyền số liệu Do hệ truyền tin radar K8-60 có xen-xin phát nên Bộ chuyển đổi pha 3/2 thực tế có chuyển pha thành phần tương ứng với tín hiệu xen-xin nhận Tương tự, khối giao tiếp xử lý tín hiệu pha có khối xử lý thành phần Bộ chuyển đổi pha 3/2 chuyển đổi tín hiệu xen-xin từ pha thành tín hiệu dạng pha sine/cosine ứng dụng mơ hình chuyển đổi Scott-T sở ứng dụng cơng nghệ điện tử bán Hình Sơ đồ nguyên lý dẫn sử dụng khuếch đại thuật tốn điện trở có độ chuyển đổi pha 3/2 xác cao (hình 7) Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 315 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Trong điều kiện lý tưởng, tín hiệu đầu vào chuyển đổi biểu diễn sau: V31 K SVREF sin( ) (1) V23 K SVREF sin( 120) (2) V1 K SVREF sin( 240) (3) Trong VREF = V0sinωt tín hiệu kích thích, θ vị trí trục rotor KS hệ số chuyển đổi điện áp rotor stator xen-xin truyền phần tử radar Mục tiêu chuyển đổi thu tín hiệu đầu dạng sine/cosine: (4) Vx K oVREF sin (5) V y K oVREF cos Khi Vx/Vy = tanθ phụ thuộc vào vị trí góc trục quay rotor xen-xin mà khơng phụ thuộc vào tín hiệu kích thích VREF Từ tính vị trí góc θ rotor xen-xin phát thơng qua tín hiệu Từ cơng thức (1) ta dễ dàng nhận thấy, tín hiệu sin lấy trực tiếp từ tín hiệu V3-2 thơng qua khuếch đại A2 với hệ số khuếch đại K2 = R1/R4: Vx K 2VS 3 S K K SVREF sin K oVREF sin (6) Trong đó: Ko = K2.KS Từ cơng thức (2) (3), ta kết hợp để thu hàm tuyến tính Vy, sau đưa qua khuếch đại A3 với hệ số khuếch đại phù hợp, ta thu Vy theo (5) Cụ thể, từ (2) (3) ta xét biểu thức: V23 V1 K sVREF {sin[ 120] sin[ 120]} (7) Áp dụng công thức lượng giác: sin( A B) sin( A)*cos( B) sin( B)*cos( A) Ta có : sin( 120) sin( 120) =sin( )cos(120) sin(120)cos sin cos(120) sin(120)cos( ) 3 = sin( ) (8) cos( ) sin( ) cos( ) = cos( ) 2 Đưa tín hiệu biểu thức (7) qua khuếch đại A3 với hệ số khuếch đại K3 thỏa mãn điều kiện: Ko 3K K S K o K (9) 3K S Ta thu tín hiệu cosine: (10) V y K (V2 V1 ) K oVREF cos Như vậy, thông qua chuyển đổi pha hình 7, ta thu tín hiệu sine cosine (6) (10) đáp ứng yêu cầu đặt Các tín hiệu đưa tới khối Giao tiếp xử lý tín hiệu pha sử dụng vi mạch chuyên dụng AD2S82 hãng Analog Device để chuyển đổi tín hiệu đo góc pha sine/cosine thành dạng liệu số Vi mạch AD2S82 có sơ đồ khối chức hình 316 N.Q.Trưởng, C.Đ.Chình, “Xây dựng giải pháp đồng …K59-03 cải tiến.” Thơng tin khoa h học ọc cơng nghệ Hình 88 Sơ đồ đồ khối chức vi mạch AD2S82 AD2S82 Dữ D ữ liệu số từ giao tiếp vvàà xử xử lý tín hiệu pha đđược ợc đđưa ưa tới tới Khối xử lý tính tốn ph phần ần tử mục ti tiêu ứng dụng công nghệ FPGA cho phép tính tốn xác tham ssố ố truyền sang từ radar Các tham ssố ố nnày ày bao gồm gồm: - Phần Phần tử góc ph phương ương vị vị sơ sơ lược lược βSL; - Phần Phần tử góc ph phương ương vị vị xác βCX ; - Phần Phần tử góc ttàà sơ lư ợc εSL; lược - Phần Phần tử góc ttàà xác εCX; - Phần Phần tử góc cự li ssơ lược lược DSL; - Phần Phần tử góc cự li xác DCX Các giá tr trịị này đư ợc quy đổi dải ttương ương ứng với 60.000 đđơn ơn vị vị trên m ỗi vvòng òng quay ccủa rotor xen xen xin xin truyền truyền tin Dựa Dựa cấu cấu trúc cụm xen xen-xin xin truyền truyền tin tr ên radar quy ớc dải giá ước trịị ttương ương ứng, giá trị thực phần tử mục ti tiêu đư ợc tổ tổng ng hợp hợp theo công th thức ức sau: (11 11)) MT 1000(int( SL )) (int( CX ))%1000 (0,1 li giác) 1000 20 (12 12)) MT 1000(int( SL )) (int( CX ))%1000 (0,1 li giác) 1000 20 D D (13 13)) DMT (1000(int( SL ))) (int( CX ))%1000 (mét) 1000 30 Trong đó, “int” hàm llấy phần nguyên nguyên “%” hàm llấy phần dư dư ccủa phép chia Kết ết đạt đđược: ược: ợc: Gi ải pháp đồng phần tử radar tr ên máy ch chỉỉ huy cải tiến Giải K59-03 K5903 đã được đưa đưa vào ứng dụng thực tế tr ên kh khối ối thiết bị hệ thống Trong trình ho hoạt ạt động thử nghiệm, khối thiết bị hoạt động ổn định với độ xác cao C Cụ ụ thể, sai số đồng phần tử góc ≤ 00 02 02 li giác sai ssố ố đồng phần tử cự li ≤ 10 mét, đáp ứng tiêu kỹ kỹ thuật đặt hệ thống H Hơn ơn n nữa, ữa, với hệ thống đồng ồng phần tử thay thế, phần tử mục ti tiêu từ từ radar đđư ược ợc truyền thẳng tới khối máy tính đđường khối ờng đạn để tính tốn phần tử bắn bắn mà mà không ccần ần phải thông qua thao tác so kim ccủa trắc thủ Tạp ạp chí Nghiên ccứu ứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, TĐH, 04 - 2019 317 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử KẾT LUẬN Xuất phát từ nhu cầu thực tế trình triển khai nhiệm vụ cải tiến máy huy K59-03, báo trình bày giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm giải toán đồng phần tử radar K8-60 máy huy K59-03 cải tiến sở ứng dụng công nghệ điện tử số kỹ thuật xử lý thông tin đại Giải pháp đáp ứng hoàn toàn yêu cầu đặt mặt tiêu kỹ thuật đưa vào ứng dụng hệ thống thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ tổng tham mưu, “Binh khí máy huy K6-60, K6-60H K59-03”, 2004 [2] Tổng cục kỹ thuật, “Thuyết minh kỹ thuật hướng dẫn sử dụng Radar K860”, 1977 [3] Quang, N.P; Dittrich, J.-A, “Vector Control of three-phase AC machines”, Chapter 2, 2015 [4] Harry L Thietly, “Transducers in Mechanical and Electronic Design”, Marcel Dekker Inc., 1986 [5] Jacob Fraden, “Handbook of Modern Sensors, 2nd Ed”, New York, 1996 [6] Data Devcie Corporation, “Synchro and resolver conversion hanbook”, Data Devcie Corporation, 1999 ABSTRACT BULDING THE SOLUTION FOR AIR-TARGET ELEMENTS SYNCHRONIZATION FROM RADAR K8-60 TO THE MODERNIZED COMMANDER K59-03 In the automatic 57mm anti-aircraft gun system, the machine K59-03 received the information of air target elements β, ε, D from Radar K8-60 through the signal transmission system using selsyns However, this system has the disadvantages of bulky size, low accuracy, low stability and not suitable for the equipment system of the modernized machine K59-03 This paper presents the technical solutions for synchronization the air target elements from the original radar K8-60 to the modernized machine K59-03 which use modern electronic technology to overcome the disadvantages of the origin signal transmission system and ensure the compatibility with modern systems on modernized commander Keyworks: Selsyn sensors; Air-target elements synchronization; Radar K8-60; Commader K59-03 Nhận ngày 01 tháng 12 năm 2018 Hoàn thiện ngày 01 tháng năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng năm 2019 Địa chỉ: Viện Tự động hóa KTQS / Viện Khoa học Cơng nghệ qn *Email: quoctruong21019x@gmail.com 318 N.Q.Trưởng, C.Đ.Chình, “Xây dựng giải pháp đồng …K59-03 cải tiến.” ... Điện tử thực thông qua thao tác so kim nên sai số đồng phụ thuộc nhiều vào trình độ thao tác trắc thủ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG BỘ PHẦN TỬ MỤC TIÊU GIỮA RADAR K8-60 VÀ MÁY CHỈ HUY K59-03 CẢI TIẾN... truyền phần tử mục tiêu từ radar K8-60 sang máy huy K59-03 cải tiến có cấu trúc hình Hình Hệ thống truyền phần tử radar – máy huy cải tiến Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu từ xen-xin phát từ radar. .. Điện tử KẾT LUẬN Xuất phát từ nhu cầu thực tế trình triển khai nhiệm vụ cải tiến máy huy K59-03, báo trình bày giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm giải toán đồng phần tử radar K8-60 máy huy K59-03 cải