Tổng hợp luật điều khiển từ xa tối ưu theo tham số tên lửa mẫu ở đài điều khiển và ổn định tên lửa thích nghi theo mô hình tên lửa mẫu đó ở hệ thống ổn định trên khoang là giải pháp mới, có độ tin cậy cao về lý thuyết và được kiểm chứng, đánh giá thông qua mô phỏng, khẳng định tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN VĂN BÀNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÒNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA THIẾT BỊ BAY ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 52 02 16 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2020 Cơng trình hồn thành tại: HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHỊNG Người hướng dẫn khoa học: TS Đồn Thế Tuấn PGS TS Nguyễn Quang Hùng Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Quang Địch Đại học Bách khoa Hà nội Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thanh Hải Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 3: PGS TS Trần Đức Thuận Viện Khoa học Công nghệ Quân Sự Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo định số 1110/QĐ-HV, ngày 15 tháng 04 năm 2020 Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp Học viện Kỹ thuật Quân sự vào hồi ngày tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự - Thư viện Quốc gia MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đề tài góp phần làm sáng tỏ nghiên cứu về VĐKTX ứng dụng thực tế, đồng thời làm sở cải tiến, nâng cấp thiết kế hệ thống điều khiển tên lửa từ xa Mục đích đề tài - Đưa phương pháp ổn định VĐKTX một cách hệ thống làm sở nghiên cứu, phân tích tổng hợp VĐK - Góp phần phát triển học thuật lĩnh vực nghiên cứu VĐKTX Đối tượng nghiên cứu VĐKTX hệ thống điều khiển từ xa theo lệnh Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp VĐKTX ổn định tên lửa hệ thống điều khiển từ xa theo lệnh ứng dụng kỹ thuật điều khiển tối ưu, thích nghi kỹ thuật lọc tối ưu Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô máy tính để đánh giá kết quả, kiểm chứng thuật toán xây dựng đưa đề xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất một phương pháp tổng hợp VĐK, đó việc ổn định VĐK thực đài điều khiển theo tham số mơ hình tên lửa mẫu, kết hợp với hệ ổn định khoang thích nghi theo tham số mơ hình tên lửa mẫu đó Luận án dùng phương pháp điều khiển đại để giải toán về hệ thống điều khiển tên lửa - Ý nghĩa thực tiễn: Các kết nghiên cứu mở khả số hóa hệ thống điều khiển với kết cấu đơn giản, giảm bớt cấu bộ đo điện phức tạp có hệ thống điều khiển analog Các thuật toán có thể thực hóa điều kiện kỹ thuật công nghệ nay, tạo khả ứng dụng kỹ thuật máy tính số Bố cục luận án Luận án gồm: Mở đầu, chương, kết luận phụ lục Nợi dung luận án trình bày 141 trang in khổ A4 Chương Tổng quan về tổng hợp vòng điều khiển tên lửa từ xa Chương Tổng hợp vòng điều khiển tên lửa từ xa tối ưu Chương Ổn định tên lửa vòng điều khiển từ xa Chương Mô đánh giá chất lượng vòng điều khiển từ xa Chương TỞNG QUAN VỀ TỔNG HỢP VÒNG ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA TỪ XA 1.1 Khái quát chung vòng điều khiển từ xa tên lửa phòng khơng VĐKTX hiểu mợt tập hợp thiết bị, phương tiện, khối hệ thống bao gồm hệ lập lệnh truyền lệnh, tuyến lái, tên lửa hệ tọa độ (HTĐ) góc tên lửa khâu đợng hình học tạo nên một hệ thống điều khiển tự động khép kín [2] Về mặt đợng học hệ thống điều khiển tên lửa từ xa có sơ đồ cấu trúc hình 1.2 [11] Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc VĐKTX cho mặt phẳng điều khiển Với cấu trúc trên, toán lớn đặt tổng hợp hệ thống điều khiển TLPK bao gồm: - Bài tốn tổng hợp PPD tên lửa: Hình thành quỹ đạo mong muốn cho tên lửa Bài toán thường xem xét coi tên lửa chất điểm, khơng xét đến tính chất đợng học tên lửa mà xét đến mối quan hệ đợng hình học tên lửa - mục tiêu Yêu cầu đặt cho việc tổng hợp PPD đảm bảo độ trượt (sai lệch thẳng) độ cong quỹ đạo nhỏ Các PPD TLPK truyền thống thường sử dụng phương pháp dẫn “TT”, “ПС” biến thể nó Trong phạm vi luận án không nghiên cứu về tổng hợp PPD - Bài toán ổn định VĐK: Trên sở PPD, đợng học khâu VĐK cần tìm luật điều khiển để VĐK ổn định đạt tiêu chất lượng yêu cầu Thông thường động học HTĐ bỏ qua, thiết kế HTĐ, yêu cầu đặt dải thông nó phải đảm bảo lớn nhiều dải thông VĐK Yêu cầu đặt cho toán ổn định VĐK độ lệch quỹ đạo thực quỹ đạo lý tưởng nhỏ đồng thời tên lửa phải chuyển động ổn định quỹ đạo đợng - Bài tốn tổng hợp hệ xác định tọa độ mục tiêu tên lửa: Tương ứng hình thành mợt hệ bám kín để xác định tham số chuyển động mục tiêu tên lửa u cầu đặt cho HTĐ ngồi đợ xác xác định tọa đợ phải đảm bảo dải thơng đủ lớn để khơng ảnh hưởng đến tính chất đợng vòng điều khiển - Bài tốn ổn định tên lửa hay gọi tốn tổng hợp hệ thống ổn định khoang tên lửa: Về mặt động học chưa ổn định, tên lửa khâu dao động với tham số thay đổi theo điều kiện bay Hệ số suy giảm nhỏ hệ số khuếch đại thay đổi lớn lý bắt buộc phải ổn định tên lửa Yêu cầu đặt cho hệ thống ổn định khoang tham số khâu tên lửa ổn định phải đảm bảo tính tác đợng nhanh, hệ số suy giảm dao động đủ lớn hệ số truyền ổn định điều kiện bay 1.2 Tên lửa yếu tố ảnh hưởng đến tham số động học tên lửa Các phương trình đợng lực học tên lửa có thể coi phương trình vi phân tuyến tính [6, 11, 35]: �& θ= C yα α.q.S.57,3+ Pα + C yδ δ.q.SCL 57,3 � mV p � � �α � ωz qSL 2 Cα(X ω z- m (x � y m- X Fα)qSL.57,3+ m z c 1- x 2)ω z � � � V &z = ω p � � Iz � � δ � � +Cδ(X X )qS L.57,3 y m Fδ CL � � � � ωz = θ&+ α& � � (1.6) Thực một số biến đổi (1.6), đó quan hệ góc công theo góc quay cánh lái, quan hệ gia tốc pháp tuyến theo góc quay cánh lái có dạng: &2ξ Tp αp +α & = K 2pK 1pT Tαp2 & + 1c δ -T 2cδ & &+ 2ξ T δ&+ δ � & � Tp2 & j& T j2 δ& p + 2ξ pT p j p + j p = V p K 2p � j j � Trong (1.13) Tp = đó, K1p = (1.12) a1 + a4 a a + a2 a6 ;ξ p = ; K 2p = a2 + a1 a4 a2 + a1 a4 a2 + a1 a4 a3 - a1 a6 a3 a6 ; T1c = ; T2c = a3 a3 a4 + a2 a6 a3 - a1 a6 T j2 = (1.11) a6 a1a6 ; 2ξ jT j = a3 a4 + a2 a6 a3 a4 + a2 a6 (1.14) (1.15) K ,K ,T ,T ,ξ ,T Thấy rằng, tham số 1p 2p 1c 2c p p (1.11) tham số biến thiên theo thời gian Tuy nhiên, tham số thay đổi không đáng kể khoảng thời gian ngắn (quá trình biến đổi chậm) Bằng phương pháp cố định hệ số, có thể biểu diễn nó dạng hàm truyền coi hệ số hàm truyền số khoảng thời gian đủ nhỏ Khi hàm truyền tên lửa theo góc công cho [10, 35]: K pα (p)= 1- pT2c α(p) = K 2p K1p T1c δ(p) 1+ 2ξ pTp p +Tp2 p (1.16) Hàm truyền tên lửa theo gia tốc pháp tuyến có dạng [10,35]: K pj (p)= a1 - Hệ số cản động học; 1+ 2ξ jT j p +T j2 p j(p) = V p K 2p δ(p) 1+ 2ξ pTp p +Tp2 p (1.17) a2 - Hệ số động học ổn định tĩnh tên lửa; a3 - Hệ số hiệu cánh lái khí đợng; a4 - Hệ số đợng lực nâng khí đợng góc công tạo ra; a6 - Hệ số đợng lực nâng cánh lái khí đợng - Ý nghĩa đại lượng khác bảng 1.2 δ α Do lực nâng cánh lái nhỏ lực nâng cánh nhiều ( Y � γ12 � l > �1 � (1-γ 1γ ) T p � γ1γ2 < � (2.82) - Điều kiện để VĐK ổn định: * Lựa chọn mơ hình mẫu: Do tên lửa chủn đợng không gian, không thuộc thành phần đài điều khiển, sơ đồ cấu trúc VĐK hình 2.11 khơng thực hóa khơng có K ,T , tham số động học khâu tên lửa ( p p p ), đặc biệt tham số thay đổi theo điều kiện bay Giải pháp đề xuất thay khâu tên lửa mơ hình tên lửa mẫu, đồng thời tên lửa phải thực việc ổn định để tham số nó trùng với tham số mơ hình tên lửa mẫu Do tên lửa khâu dao đợng bậc 2, mơ hình tên lửa mẫu lựa chọn có cấu trúc giống với mơ hình tên lửa thực Hàm trùn khâu tên lửa mẫu có dạng: K m (p)= Km Km T p + 2ξ mTm p+1 m - Hệ số truyền khâu tên lửa mẫu, chọn K m = Tm - Hằng số thời gian khâu tên lửa mẫu, chọn Tm = 0,1 s ξm - Hệ số suy giảm dao động riêng khâu tên lửa mẫu, chọn ξ m = 0,707 (2.83) 15 * Thực mơ vòng điều khiển với tham số sau: - Luật điều khiển sử dụng (2.70) Thời điểm bắt đầu điều khiển tên lửa: 2,5s - Tham số tên lửa mẫu dùng để tính tham số luật điều khiển: K m (p)= Km = 2 T p + 2ξmTm p +1 0,1 p + 2×0,7×0,1p +1 m - Tên lửa có tham số khác với tham số tên lửa mẫu, vận tốc V p = 720 m / s , hàm truyền nó: K p (p)= 0,8 0,15 p + 2×0,03×0,15p +1 2 - Cự ly ban đầu mục tiêu; 25 km, độ cao mục tiêu: 2,1 km Tốc độ mục tiêu; 350 m/s, bay vào đài Hình 2.18 Quỹ đạo tên lửa - mục tiêu tên lửa có tham số khác tên lửa mẫu Hình 2.20 Gia tốc pháp tuyến tên lửa tên lửa có tham số khác tên lửa mẫu Nhận xét: Tham số khâu tên lửa thực (nếu có đánh giá được) không thể đưa vào luật điều khiển (2.70), luật điều khiển thực đài điều khiển, tên lửa nằm phần bên ngồi khơng gian VĐK Điều dẫn tới cần phải sử dụng mợt mơ hình tên lửa mẫu phần đài điều khiển, đóng vai trò khâu hiệu chỉnh cho VĐK cung cấp tham số động học tên lửa mẫu phục vụ cho hệ lập lệnh nhằm thực hóa luật điều khiển tổng hợp - Khi tham số khâu tên lửa (thực) khác nhiều so với tham số khâu tên lửa mẫu tên lửa dao đợng mạnh quanh quỹ đạo đợng, chất lượng vòng điều khiển giảm một cách rõ rệt, tên lửa có thể ổn định Trong trường hợp khảo sát tham số động học tên lửa lấy cố định, thực tế tham số động học 16 thay đổi đáng kể (bảng 1.3), mức độ dao động tên lửa quanh quỹ đạo động lớn khả ổn định cao Như vậy, đặt vấn đề cần thiết phải ổn định khâu tên lửa cho tham số khâu tên lửa sau ổn định trùng với tham số tên lửa mẫu 2.5 Thuật toán xác định tọa độ góc tên lửa mục tiêu Để thực hóa thuật toán điều khiển (2.70) cần đánh giá tham số tọa độ góc mục tiêu tọa độ góc tên lửa 2.5.1 Thuật toán xác định tọa độ góc tên lửa Mơ hình đợng học chủn đợng tên lửa (2.12) có thể viết lại sau: �x&1 = x2 � r& �& p x = -2 x2 +u +η � r p � Trong đó, ký hiệu: x1 =ε p; x = ε&p;u = jp rp Phương trình quan sát cho bởi: z = x1 +ξ z r (2.84) (2.85) r& Giả thiết, p p nhận từ hệ bám cự ly tốc độ; u nhận từ hệ lập lệnh, đó thuật toán lọc Kalman ứng dụng cho mơ hình (2.84), (2.85) có dạng: �xˆ&= xˆ +k (z - xˆ ) 1 � 2r& �ˆ p xˆ2 +u+k2 (z - xˆ1 ) �x& 2=r p � (2.86) Trong đó, hệ số k1 k2 hệ số có thứ nguyên phù hợp xác định từ r& p �0 r p việc giải phương trình Riccati chế đợ xác lập với sau: k1 = 2ωp , k2 = ωp2 , ωp = (R / G)1/ (2.89) 2.5.2 Thuật toán xác định tọa độ góc mục tiêu Tương tự xác định tham số chuyển động tên lửa, việc xác định tham số chuyển động mục tiêu có thể sử dụng thuật toán lọc Kalman có dạng: �xˆ&1 = xˆ2 + k3 (z - xˆ1 ) � �ˆ �x&2 = xˆ3 + k4 (z - xˆ1 ) �ˆ �x&3 = k5 (z - xˆ1 ) (2.94) Trong đó, giá trị thiết lập hệ số bộ lọc: k3 = 2ωmt ; k4 = 2ωmt2 ; k5 = ωmt3 ; ωmt = (R / G)1/ (2.96) 2.6 Kết luận chương 17 Trên sở quan hệ đợng hình học tên lửa - mục tiêu có thể xây dựng mơ hình đợng học tên lửa - mục tiêu làm sở để tổng hợp luật điều khiển tên lửa từ xa Luật điều khiển tổng hợp khơng tính tới đợng học khâu tên lửa dẫn tới tên lửa dao động quanh quỹ đạo động, nhiều trường hợp tên lửa có thể ổn định Trên sở quan hệ đợng hình học tên lửa - mục tiêu động học khâu tên lửa xây dựng mơ hình đợng học có chứa đựng tham số tên lửa từ đó tổng hợp luật điều khiển tên lửa phù hợp với tên lửa chọn (có tham số cố định) Khi tham số khâu tên lửa trùng với tham số khâu tên lửa mẫu dùng để tổng hợp luật điều khiển sai số dẫn nhỏ, thời gian vào xác lập nhỏ Khi tham số khâu tên lửa lân cận với tham số khâu tên lửa mẫu sai số dẫn tăng lên, nhiên chấp nhận Khi tham số khâu tên lửa khác nhiều so với tham số khâu tên lửa mẫu dùng để tổng hợp luật điều khiển chất lượng VĐK giảm mợt cách rõ rệt, chí ổn định Đặc biệt, tham số khâu tên lửa thực không thể đưa vào luật điều khiển đặc thù luật điều khiển thực đài điều khiển, tên lửa nằm phần bên ngồi khơng gian VĐK Mợt giải pháp khả thi đưa luật điều khiển tổng hợp theo tham số mơ hình tên lửa mẫu thay cho tham số tên lửa thực thực đài điều khiển, đảm bảo cung cấp tham số tên lửa cho hệ lập lệnh nhằm thực hóa luật điều khiển, hệ thống ổn định khoang tên lửa đảm bảo cho phản ứng tên lửa thực trùng với phản ứng mơ hình tên lửa mẫu Chương ỔN ĐỊNH TÊN LỬA TRONG VÒNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 3.1 Ổn định tên lửa sở điều khiển tuyến tính thích nghi theo mơ hình mẫu ứng dụng luật MIT 3.1.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển Trong phần xây dựng thuật tốn điều khiển thích nghi để tín hiệu đầu tên lửa phù hợp với tín hiệu đầu tên lửa mẫu, nhằm mục đích ổn định tên K , T ,ξ lửa tham số động học p p p nó thay đổi theo điều kiện bay Tín hiệu đầu tên lửa sử dụng gia tốc pháp tuyến Mơ hình điều khiển thích nghi sử dụng bợ điều khiển tuyến tính với tham số chỉnh định theo luật MIT 18 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển tuyến tính thích nghi theo MHM Từ (2.46), hàm truyền khâu tên lửa (đối tượng điều khiển) có dạng: j p (p) jd (p) = yp u = Kp B(p) = A(p) 1+ 2ξ pTp p +Tp2 p 111Equation Chapter (Next) Section 1(3.1) jm (p) ym Bm (p) = = j yc (p) uc Am (p) Hàm truyền MHM có dạng: (3.2) Luật điều khiển tuyến tính tổng quát [3, 7]: Ru = Tuc - Sy p Sai lệch (e) gia tốc pháp tuyến tên lửa MHM: e = j p - jm = y p - y m (3.3) (3.4) Bài toán đặt xác định cấu trúc luật cập nhật tham số đa lim e(t) � thức T , S , R cho: t �� 3.1.2 Xác định cấu trúc đa thức T, S, R Giải phương trình (3.16), (3.17), (3.18) ta nhận kết sau: t0 = s0 = K p t0 - Kp Tp K p Tm2 = Kp T s1 =ξ T -pξ Tm K p Tm p (3.19) � T p2 � -1 � �T � � m � � p m (3.20) (3.21) Do tham số đợng học mơ hình khâu tên lửa ( p , Tp , p ) thay đổi nên khơng thể xác định xác t0 , s1 , s0 Vì cần tìm luật thích nghi để cập K nhật tham số t0 , s1 , s0 3.1.3 Luật cập nhật tham số cho đa thức T, S, R Từ (3.3), (3.13) luật điều khiển nhận có dạng: u = t0 uc - s1 p + s0 y p (3.22) Như véc tơ tham số bộ điều khiển Ω = t0 ,s1 ,s0 ; Vấn đề cần xác định luật thích nghi cập nhật tham số Chọn hàm tiêu chất lượng có dạng [3, 7]: T J= e (3.23) Cần tìm luật cập nhật thơng số cho: J � 19 dΩ � e = -γe � với ( γ > ) Luật MIT có dạng [26, 27, 28]: dtΩ (3.24) Áp dụng qui tắc lấy đạo hàm riêng sai lệch ( e ) theo tham số t0 , s1 , s0 xét hệ trạng thái xác lập, tìm luật cập nhật có dạng: �� � � � t0 Tm2 � -γe u � � uc � -γe � 2 c� t �Am � �p 2 mm p m � �� � � � Tm2 p � � s1 p �� yp � � γe � y p � γe � 2 t �Am � �p 2 mm p m � �� � � � s0 Tm2 � � �� γe � y p � γe � y � p � t �Am � �p 2 mm p m � �� (3.32) Giá trị tham số ban đầu bộ điều khiển xác định từ giá trị ban đầu tham số mơ hình tên lửa MHM theo biểu thức (3.19), (3.20), (3.21) Hình 3.2 Ổn định tên lửa sở BĐK tuyến tính thích nghi theo MHM ứng dụng luật MIT 3.2 Ổn định tên lửa sở điều khiển tuyến tính thích nghi theo mơ hình mẫu ứng dụng lý thuyết ổn định Lyapunov Biến đổi biểu thức (3.1) hàm truyền khâu tên lửa về dạng phương trình vi phân: & y&p = -2ξ p ωp y&p - ω2p yP + K p ω2p u Trong đó, ωp = Tp (3.33) & đặt: x1p = y p ; x2p = y p & Từ (3.34), (3.36) ta có hệ kín: x p = Ax p + Buc (3.37) x1p � � � � � � x p = � �; A = � ;B= � 2 � x2p � -(ω p + s0 K p ω p ) -(2ξ p ω p + s1 K pω p )� t0 K pω 2p � � � � � Trong đó, (3.38) Chọn MHM tương tự (3.12), biến đổi (3.12) về dạng vi phân: 20 2 & & y& m = -2ξ m ωm ym - ωm ym + ωmuc (3.39) Đặt x1m = ym , x2m = y&m ta có phương trình trạng thái MHM: � �x&1m = x2m � 2 �x&2m = -2ξ m ωm x2p - ωm x1m +ωmuc (3.40) Biểu diễn (3.40) dạng ma trận: x&m = Am xm + Bm uc (3.41) x � � � �0 �0 � xm = �1m �; Am = � ; Bm = � � � x2m � -ωm -2ξ mωm � ωm � � � � Trong đó, (3.42) - Sai lệch trạng thái ( e ) đối tượng điều khiển MHM xác định bởi: x1m - x1p � � e = xm - x p = � x2m - x2p � � � (3.43) e&= AΔA m e+ (3.46) xΔB p+ uc Trong đó, ΔA = Am - A; ΔB = Bm - B - Chọn hàm Lyapunov sau [15, 20, 24, 25, 27]: T V(e)= eT Ne+ aαa +b Tβb (3.49) - Ma trận đối xứng xác định dương tùy chọn a, b - Véc tơ chứa phần tử khác không ma trận ΔA , ΔB , - Ma trận đường chéo với phần tử hệ số dương có chức xác định tốc đợ q trình thích nghi - Xác định luật cập nhật thích nghi tham số cho bợ điều khiển có dạng: N s&0 = - n12e1 + n22e2 x1p α11 K p ω2p (3.60); s&1 = - n12e1 + n22 e2 x2p α22 K p ω2p (3.61); b&2 (n e + n e ) t& = = 12 222 uc Kω βK ω p p p p (3.63) (3.64) Xác định n12 n22 có dạng: q � n12 = 112 � 2ωm � � ωm2 q22 + q11 � n22 = � 4ξ m ωm3 � p p> Từ (3.60), (3.61), (3.63) (3.64), đồng thời gom Kω vào , nhận luật cập nhật thích nghi tham số cho bợ điều khiển sau: � �q11 ωm2 q22 + q11 � & t = e + e2 � uc �0 � β 2ω 4ξ ω m m � m � � � ωm q22 + q11 � �q11 � e2 �x1p �s&0 = � e1 + α 2ω 4ξ ω 11 m m m � � � � ωm2 q22 + q11 � q11 �s&1 = - � e + e2 �x2p � � α22 �2ωm2 4ξ m ωm3 � � (3.68) 21 Giá trị tham số ban đầu bộ điều khiển xác định dựa (3.69), (3.70), (3.71) từ giá trị ban đầu tham số mơ hình tên lửa MHM t0 ωm2 Kω p p s0 = (3.69); ωm2 - ω2p Kω p p (3.70); s1 2ξ m ωm 2ξ p ω p Kω p p (3.71) Hình 3.3 Ổn định tên lửa sở BĐK tuyến tính thích nghi theo MHM ứng dụng lý thuyết ổn định Lyapunov 3.3 Đánh giá gia tốc pháp tuyến tên lửa thành phần đạo hàm Từ biểu thức cập nhật luật thích nghi sơ đồ cấu trúc hệ ổn định thấy rằng, cần phải xác định trạng thái x1p x2p Các trạng thái tương ứng với gia tốc pháp & j tuyến tên lửa ( j p ) tốc độ thay đổi nó ( p ) Trong thực tế gia tốc pháp tuyến đo trực tiếp, thành phần tốc đợ thay đổi gia tốc pháp tuyến không đo trực tiếp Mơ hình đợng học khâu tên lửa (3.34) khơng thể sử dụng để tổng hợp thuật toán lọc Kalman tham số khâu tên lửa chưa biết thay đổi Để tổng hợp thuật toán lọc Kalman, sử dụng mơ hình đạo hàm bậc gia tốc tên lửa gần không đổi, tức nó mơ hình hóa tạp trắng Mơ hình có dạng: Trong đó, Phương (3.74) �x&1p = x2p � �x&2p = x3p �& �x3p = w (3.73) x1p = j p ; x2p = & j p ; x3p = & j& p trình quan sát có dạng: zξ= j p + z 22 ˆ = xˆ2 +k1(z - xˆ1 ) �x& �1 �ˆ ˆ ˆ �x& = x3 +k (z - x1 ) �ˆ ˆ �x& = k3 (z - x1 ) Hoàn toàn tương tự mục 2.5.2, ta có: � (3.75) Trong đó, hệ số khuếch đại xác định trạng thái xác lập: k1 = 2ωj ; k2 = 2ω2j ; k3 = ω3j ; ωj = (R / G)1/ (3.76) p p p p Hì nh 3.5 Sơ đồ cấu trúc lọc đánh giá gia tốc pháp tuyến tên lửa Hình 3.8 Sơ đồ thực hóa hệ ổn định khoang tên lửa 3.4 Kết luận chương Cả hai luật cập nhật đều đảm bảo phản ứng tên lửa gần phản ứng MHM; Luật cập nhật Lyapunov tốt luật cập nhật MIT nó kiểm sốt sai số vị trí tốc đợ, luật MIT kiểm sốt thành phần vị trí Bợ lọc Kalman cho sai số đánh giá gia tốc, tốc độ thay đổi gia tốc nhỏ VĐK sử dụng thuật toán đảm bảo đưa tên lửa tới gặp mục tiêu với sai số dẫn nhỏ; Chất lượng VĐK sử dụng luật Lyapunov tốt sử dụng luật MIT, nhiên luật MIT đơn giản luật Lyapunov Chương MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÒNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 4.1 Sơ đồ tổ chức mơ 23 Hình 4.1 Sơ đồ tổ chức mô * Hệ xác định tọa độ góc mục tiêu thực thuật toán (2.94), (2.96); * Hệ xác định tọa độ góc tên lửa thực thuật toán (2.86), (2.89); * Hệ lập lệnh thực thuật toán (2.70); * Hệ ổn định tên lửa sử dụng thuật tốn thích nghi: - Luật cập nhật MIT (3.32); Luật cập nhật Lyaponov (3.68); * Bợ lọc Kalman sử dụng mơ hình (3.75), (3.76); * Mơ hình mẫu tên lửa sử dụng mơ hình (2.83), đó; * Khâu liên hệ ngược đợng hình học sử dụng mơ hình (2.10), (2.11); * Khâu tên lửa sử dụng mơ hình (3.1), đó tham số khâu tên lửa xác định theo biểu thức mục 1.2, với V p = 720 m / s , thời điểm bắt đầu tên lửa có điều khiển t ĐK = 2,5 s * Mơ hình chủn đợng mục tiêu xác định mơ hình (4.1): Vmt = 500 m / s 4.2 Mơ đánh giá chất lượng vòng điều khiển từ xa tối ưu Sử dụng sơ đồ tổ chức mơ hình 4.1, đó bỏ qua hệ ổn định tên lửa 4.2.1 Khâu tên lửa trùng với mơ hình mẫu 24 Với giả thiết mục tiêu bay vào đài, cự ly nghiêng 30 km, độ cao km, bắt đầu động 3g thời điểm tbđ = 10 s , kết thúc thời điểm tkt = 15 s Hình 4.3 Sai lệch thẳng Nhận xét: Khi tên lửa có tham số trùng với tham số MHM phản ứng với VĐK chúng giống nhau, sai số dẫn nhỏ thời gian vào xác lập nhỏ Khi tham số tên lửa lân cận với tham số MHM sai số dẫn tăng lên đáng kể, nhiên nằm phạm vi chấp nhận 4.2.2 Khâu tên lửa có tham số khác mơ hình mẫu K p (p)= 0,8 0,16 p + 2×0,05×0,16p +1 2 Tên lửa có hàm truyền: Với giả thiết mục tiêu bay vào đài, cự ly nghiêng 40 km, độ cao 12 km, bắt đầu động 5g thời điểm tbđ = 12 s , kết thúc thời điểm tkt = 16 s Hình 4.6 Sai lệch thẳng Nhận xét: Khi tham số khâu tên lửa khác với tham số MHM sai số dẫn tăng lên, chất lượng vòng điều khiển giảm một cách rõ rệt, tên lửa có thể ổn định Chính cần phải ổn định tên lửa cho tham số khâu tên lửa sau ổn định trùng với MHM 4.3 Mô đánh giá chất lượng vòng điều khiển từ xa thích nghi Sử dụng sơ đồ tổ chức mô hình 4.1, đó sử dụng hai luật cập nhật (3.32) (3.68) Luật cập nhật MIT: γ = 0,1 Luật cập nhật Lyapunov: q11 = 0,1 , q22 = 0,001 , α11 = 1,5 , α22 = 50 , β = 0,1 25 * Mục tiêu bay vào đài, cự ly nghiêng 30 km, độ cao km, bắt đầu động 5g thời điểm tbđ = s , kết thúc thời điểm tkt = 15 s Hình 4.23 Sai lệch thẳng Hình 4.30 Sai lệch gia tốc tên lửa thực (đánh giá) so với MHM K Hình 4.32 Sự thay đổi hệ số khuếch đại p Nhận xét: Qua mô thấy rằng; - Luật thích nghi theo lý thuyết ổn định Lyapunov luật MIT đều đáp ứng tốt với sự thay đổi tham số tên lửa với điều kiện bay khác - Luật thích nghi theo lý thuyết ổn định Lyaounov luật MIT đều đáp ứng tốt với mục tiêu cự ly xa cự ly gần, động bay bằng, điều kiện có nhiễu không có nhiễu - Trong trường hợp sai số dẫn nhỏ, thời gian vào xác lập nhỏ - Trong một điều kiện mục tiêu đợng cao sai số dẫn lớn Trong điều kiện mục tiêu, tên lửa chịu tác đợng nhiễu sai số dẫn lớn so với trường hợp không có nhiễu 26 - Trong mợt điều kiện luật thích nghi dựa lý thuyết ổn định Lyapunov tốt so với luật MIT 4.4 Kết luận chương Qua khảo sát thực chương với mục đích kiểm chứng thuật tốn xây dựng được, đồng thời so sánh chất lượng VĐKTX Các kết khảo sát phản ánh chất hệ thống cho thấy nghiên cứu lý thuyết luận án có độ tin cậy cao Luật điều khiển tổng hợp đòi hỏi tính tốn có đợ phức tạp, nhiên biểu thức toán học cuối có dạng tường minh đem lại hiệu cao so với luật điều khiển truyền thống Việc hình thành luật điều khiển thực tính tới đợng học thân tên lửa Mơ hình mẫu chọn có biểu thức toán học hàm bậc 2, luật thích nghi đảm bảo tên lửa ổn định điều kiện tham số động học thân tên lửa thay đổi sự ảnh hưởng điều kiện bay khác Điều khiển thích nghi theo MHM để ổn định tên lửa sở ứng dụng luật MIT, lý thuyết ổn định Lyapunov sử dụng bộ điều khiển có cấu trúc đơn giản, luật thích nghi hợi tụ nhanh bền vững Chất lượng vòng điều khiển sử dụng luật Lyapunov tốt sử dụng luật MIT, nhiên luật MIT đơn giản luật Lyapunov Nội dung chương khép lại vấn đề mà luận án đặt tổng hợp VĐKTX thiết bị bay ứng dụng kỹ thuật điều khiển đại thông qua việc tổng luật điều khiển tối ưu, thích nghi tên lửa VĐKTX KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tổng hợp luật điều khiển từ xa tối ưu theo tham tham số tên lửa mẫu đài điều khiển ổn định tên lửa thích nghi theo mơ hình tên lửa mẫu đó hệ thống ổn định khoang giải pháp chấp nhận được, có độ tin cậy cao về lý thuyết kiểm chứng, đánh giá thông qua mô phỏng, khẳng định tính đắn kết nghiên cứu Những đóng góp khoa học - Tổng hợp luật điều khiển từ xa cho tên lửa sở ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu hệ tuyến tính theo tiêu chuẩn tồn phương lý thuyết lọc quan sát trạng thái - Tổng hợp thuật toán ổn định tên lửa sở kỹ thuật điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Nguyễn Văn Bàng, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Quang Hùng, Phương Hữu Long (2019), “Xây dựng thuật tốn xác định tọa độ góc thiết bị bay hệ thống điều khiển từ xa sở ứng dụng lọc Kalman”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, Viện KH&CNQS, Số đặc san Tự động hóa (04/2019), tr 180-187 Nguyễn Văn Bàng, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Quang Hùng, Vũ Quang Lương (2019), “Tổng hợp luật dẫn tối ưu cho tên lửa điều khiển từ xa theo phương pháp dẫn điểm”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, Viện KH&CNQS, Số 61 (06/2019), tr 3-10 Nguyễn Văn Bàng, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Quang Hùng (2019), “Tổng hợp luật dẫn từ xa tối ưu coi hàm truyền tên lửa khâu quán tính”, Bài số 25, Hội nghị khoa học - Triển lãm quốc tế lần thứ về Điều khiển Tự động hóa VCCA (09/2019), Hà Nội Нгуен Ван Банг (2019), “Управления движением зур на основе универсально линейного адаптивного с эталонной моделью регулятора, применяющего мит закон”, East European Scientific Journal, Poland, Vol 48 (08/2019), pр 10-17 Nguyễn Văn Bàng, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Quang Hùng, Nguyễn Tất Tuấn (2019), “Ổn định tên lửa sở điều khiển tuyến tính thích nghi theo mơ hình mẫu ứng dụng lý thuyết ổn định Lyapunov”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, Viện KH&CNQS, Số 63 (10/2019), tr 3-11 Nguyễn Văn Bàng, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Quang Hùng, Vũ Văn Chiến (2020), “Tổng hợp luật điều khiển từ xa tối ưu tính tới động học khâu tên lửa”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, Viện KH&CNQS, Số 65 (02/2020), tr 3-14 ... thực hóa thuật toán khó khăn 1.4 Tổng quan tổng hợp luật điều khiển từ xa 1.4.1 Ứng dụng lý thuyết điều khiển kinh điển Một số lớp tên lửa phòng khơng điều khiển từ xa có ứng dụng lý thuyết... cứu tổng hợp VĐKTX ổn định tên lửa hệ thống điều khiển từ xa theo lệnh ứng dụng kỹ thuật điều khiển tối ưu, thích nghi kỹ thuật lọc tối ưu Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp. .. nay, tạo khả ứng dụng kỹ thuật máy tính số Bố cục luận án Luận án gồm: Mở đầu, chương, kết luận phụ lục Nội dung luận án trình bày 141 trang in khổ A4 Chương Tổng quan về tổng hợp vòng điều