Mục tiêu của luận án xây dựng mô hình điều khiển thiết bị bay một kênh chuyển động trong không gian, chứng minh quan hệ tỷ lệ thuận giữa lực điều khiển trung bình tác động vào tâm khối thiết bị bay một kênh và biên độ của tín hiệu điều khiển, tổng hợp lệnh điều khiển dẫn cho thiết bị bay một kênh được dẫn theo các phương pháp khác nhau, đề xuất một phương pháp điều khiển mới. kiểm chứng các kết quả bằng mô phỏng trên máy tính, áp dụng chúng vào thực tiễn trong quá trình chuyển giao công nghệ.
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ …………………………………… Cơng trình hồn thành tại: Viện Khoa học Cơng nghệ qn sự, BQP Người hướng dẫn khoa học: PHAN VĂN TỪ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ BAY MỘT KÊNH PGS TS Đào Tuấn PGS TS Trần Đức Thuận Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Tăng Cường Học viện Kỹ thuật quân Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chuyên ngành: Lý thuyết điều khiển điều khiển tối ưu Mã số: 62 52 60 05 Phản biện 3: TS Vũ Như Lân Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện KH – CN quân họp Viện KH – CN quân vào hồi 30 ngày 01tháng 10 năm 2010 HÀ NỘI – 2010 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện KH – CN quân sự, BQP - Thư viện Quốc gia DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Phan Văn Từ, Dương Quốc Tuấn, Tô Văn Dực, Nguyễn Đức Thắng (2003) Về phương pháp giảm ảnh hưởng đan chéo kênh điều khiển vật bay thuật toán điều khiển mờ – thích nghi Tuyển tập hội nghị.Khoa học Trung tâm KHKT&CNQS (4/2003) tr.198 - 202 Trần Đức Thuận, Nguyễn Hải Long, Đỗ Hồng Chính, Phan Văn Từ, Nguyễn Sỹ Long, Nguyễn Văn Sơn (2005) Xây dựng mơ hình phương pháp xác định tham số cho hệ thống điều khiển thiết bị bay kênh Tạp chí NCKHKT&CNQS Trung tâm KHKT&CNQS (Số 13, 12-2005) tr.28 - 32 Trần Đức Thuận, Đào Tuấn, Phan Văn Từ, Nguyễn Hồng Quân (2006) Xây dựng mô hình mơ tả q trình điều khiển khảo sát lệnh điều khiển thiết bị bay kênh Tạp chí NCKHKT&CNQS Trung tâm KHKT&CNQS (Số 16, 9-2006) tr.7 - 13 Trần Đức Thuận, Phan Văn Từ (2006).Về vấn đề tín hiệu tuyến tính hố cấu trúc lệnh điều khiển thiết bị bay kênh Tạp chí NCKHKT&CNQS Trung tâm KHKT&CNQS (Số 17, 122006) tr.16 - 21 Phan Văn Từ, Lê Viết Hoan, Nguyễn Công Trường (2008) Khảo sát tính điều khiển TBBĐKMK Tạp chí NCKHKT&CNQS Viện KH-CNQS (Số 23,6-2008) tr.41 - 47 Trần Đức Thuận, Phan Văn Từ,Nguyễn Hải Quân, Phạm Vĩnh Tuệ (2009) Cấu trúc lệnh điều khiển TBBĐKMK với tín hiệu tuyến tính hóa Tạp chí NCKHKT&CNQS Viện KH-CNQS (Số 26,22009) tr.3 - Phan Văn Từ, Trần Đức Thuận, Trần Hữu Phương (2009) Tổng hợp hiệu chỉnh thích nghi dựa hàm Liapunov để giảm ảnh hưởng chóp gió đến q trình tự dẫn thiết bị bay.Tạp chí NCKHKT&CNQS Viện KH-CNQS Số Đặc biệt (3-2009) tr.203 - 207 Trần Đức Thuận, Phan Văn Từ, Nguyễn Sỹ Long (2009) Tổng hợp lệnh điều khiển cho tên lửa kênh theo phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ Tạp chí NCKH&CNQS Viện KH-CNQS Số 1(62009) tr.3 - 1 MỞ ĐẦU Cơ sở lựa chọn đề tài nghiên cứu Cơ sở khoa học: - Về thực nghiệm: kiểm chứng kết mơ máy tính, áp dụng chúng vào thực tiễn q trình chuyển giao cơng nghệ Cơ sở phương pháp luận vấn đề nghiên cứu Thiết bị bay kênh (TBBMK) khai thác sử dụng Trên sở hệ phương trình mô tả động lực học TBBMK, chuyển giao công nghệ chế tạo nước ta, vấn đề liên quan với giả thiết có luận cứ, xây dựng mơ hình điều khiển thuật đến nguyên lý điều khiển đặc biệt thuật toán điều khiển, lý tốn để tổng hợp lệnh điều khiển Khảo sát chứng minh tính chất khác bạn không chuyển giao cho ta không công bố điều khiển với tác động điều khiển điển hình tài liệu chuyên ngành, nên việc nghiên cứu phương pháp điều khiển Phương pháp nghiên cứu: kết hợp phương pháp đại lý thuyết tìm thuật tốn điều khiển trở nên cấp thiết phải chủ động điều khiển tự động động học bay; mơ hình hóa máy tính làm CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BAY Cơ sở thực tiễn vấn đề nghiên cứu: - Việc nghiên cứu thiết bị bay tự dẫn – tên lửa tự dẫn vừa yêu cầu cấp thiết phát triển thân ngành kỹ thuật tên lửa, vừa nhiệm vụ cấp bách chiến lược quốc phòng nước ta nay; - Người viết luận án tham gia dự án chuyển giao công nghệ chế tạo thiết bị bay kênh đồng nghiệp gặp nhiều vấn đề phức tạp chưa có lời giải đáp, đạo thầy hướng dẫn, đề xuất vấn đề cần thiết nghiên cứu giải điều kiện Việt Nam Phạm vi nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hệ thống điều khiển thiết bị bay kênh tiếp cận mục tiêu di động Mục tiêu nghiên cứu: - Về lý thuyết: xây dựng mơ hình điều khiển TBBMK chuyển động không gian, chứng minh quan hệ tỷ lệ thuận lực điều khiển trung bình tác động vào tâm khối TBBMK biên độ tín hiệu điều khiển, tổng hợp lệnh điều khiển dẫn cho TBBMK dẫn theo phương pháp khác nhau, đề xuất phương pháp điều khiển mới; KHÔNG NGƯỜI LÁI VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN ÁN 1.1 Tổng quan nguyên lý điều khiển thiết bị bay (TBB) Khi nghiên cứu chuyển động TBB ta cần phải lập mơ hình tốn học mơ tả động lực học q trình điều khiển TBB Việc xây dựng mơ hình tốn học thực dạng hệ phương trình hệ toạ độ Vì trước hết luận án điểm qua hệ tọa độ thường dùng 1.1.1 Các hệ toạ độ thường dùng Khi nghiên cứu chuyển động TBB, hệ toạ độ vng góc thường dùng là: 1) Hệ toạ độ mặt đất cố định Ox0y0z0 ; 2) Hệ toạ độ mặt đất di động Oxgygzg ; 3) Hệ toạ độ liên kết Ox1y1z1 ; 4) Hệ toạ độ tốc độ Oxayaza ; 5) Hệ toạ độ quỹ đạo Oxkykzk ; 6) Hệ toạ độ bán tốc độ Oxyz 1.1.2 Các góc đặc trưng chuyển động TBB Các góc biểu diễn mối liên hệ hệ toạ độ : ψ ,ϑ, γ , α , β , Ψ,θ 1.2.1 Phương pháp dẫn góc 1.1.3 Hệ phương trình mô tả chuyển động TBB không gian bắn đón chọn cho khoảng thời gian TBB chuyển động đến hiệu ứng điều khiển mục tiêu chuyển động đến Trên sở hệ toạ độ [7],[53], hệ phương trình mơ tả chuyển động TBB có điều khiển gồm 16 phương trình, có số phương trình phi tuyến Việc có góc α , β , γ a làm xuất lực cản X a , lực nâng Ya , lực dạt sườn Z a Các lực tác động vào tâm 1.2.2 Phương pháp dẫn thẳng hàng (phương pháp điểm) Phương pháp dẫn góc dựa ý tưởng bắn vào điểm bắn đón: điểm Lệnh điều khiển phương pháp dẫn điểm tạo nhằm trì góc tầm, góc hướng dao động xung quanh giá trị 0, ba điểm (đài-TBB –mục tiêu) thẳng hàng khối TBB tạo mô men lực tham gia vào mô men M x1 , M y1 , M z1 để điều khiển TBB 1.2.3 Phương pháp dẫn hướng trục dọc TBB vào điểm bắn đón Đó phương pháp dẫn nhằm trì góc ξ , góc hợp trục dọc 1.1.4 Nguyên lý điều khiển từ xa TBB với đường ngắm (đường nối tâm khối TBB với tâm khối mục tiêu) Nguyên lý điều khiển từ xa thường thực sở trì mối quan hệ thông tin thành phần: đài dẫn – TBB – mục tiêu cần giá trị định đến Hệ toạ độ hệ thống dẫn hệ toạ độ mặt đất 1.2.4 Phương pháp dẫn hướng véc tơ vận tốc vào điểm đón Duy trì thay đổi góc đón η , góc hợp véc tơ vận tốc tâm khối 1.1.5 Nguyên lý điều khiển tự dẫn TBB đường ngắm, theo quy luật Nguyên lý tự dẫn thường gọi phương pháp dẫn gồm hai điểm (khơng có đài dẫn): TBB – mục tiêu cần đến Trên TBB tự dẫn phải có thiết bị tự động xác định vị trí mục tiêu 1.1.6 Nguyên lý điều khiển tự lập Ở nguồn thông tin toạ độ TBB nguồn thông tin để tổng hợp lệnh cho cấu lái 1.2 Tổng quan phương pháp dẫn thiết bị bay không người lái 1.2.5 Phương pháp dẫn tiếp cận song song Duy trì góc η cho tốc độ góc đường ngắm dϕ = dt (1.1) 1.2.6 Phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ Duy trì quan hệ tỷ lệ tốc độ góc véc tơ vận tốc tốc độ góc đường ngắm: dθ dϕ =k dt dt (1.2) TBB khơng người lái sau rời bệ phóng đất liền (hoặc tàu biển chuyển động máy bay bay) chuyển động không gian vật bay độc lập: 1.3 Phân loại thiết bị bay theo kênh điều khiển Khái niệm số kênh xem xét luận án số trục hệ tọa độ - Chuyển động không điều khiển; liên kết mà TBB quay xung quanh nhờ cấu lái hay cụm - Chuyển động theo chương trình; cấu lái Hiện thiết bị bay khơng người lái có điều khiển phân - Chuyển động theo trình dẫn làm ba loại: TBB ba kênh, TBB hai kênh TBB kênh 5 1.4 Tổng quan cơng trình nghiên cứu điều khiển TBB kênh nhiệm vụ luận án 1.4.1 Tổng quan TBB kênh Từ năm 2000 đến nhu cầu thực tế có số cơng trình nghiên cứu TBBMK Phương pháp nghiên cứu chủ yếu phương pháp dựa vào Phân tích ảnh hưởng đặc trưng TBBMK – vừa bay vừa quay quanh trục dọc đến tham số điều khiển , làm sở cho thiết kế chế tạo TBBMK ; Xây dựng sở phương pháp luận cho việc điều khiển TBBMK có cấu lái dạng chuyển động liên tục nhằm nâng cao chất lượng điều khiển tiếp cận mục tiêu mô máy tính Phương pháp có nhiều ưu điểm khảo sát trình chuyển động, trình điều khiển TBBMK ảnh hưởng thay đổi tham số Các cơng trình có chưa đề cập đến vấn đề sau: Chưa nêu quan hệ việc điều khiển cấu lái theo dạng điều chế độ rộng xung với chuyển động tâm khối TBBMK ; Chưa làm rõ mối quan hệ lực pháp tuyến trung bình tác động vào tâm khối TBBMK với biên độ tín hiệu điều khiển; Chưa nêu rõ hình thành lệnh điều khiển máy lái theo phương pháp dẫn chọn; Chưa nêu sở toán học lý giải việc chọn tần số quay quanh trục dọc thiết kế TBBMK ; Chưa đề cập đến khả điều khiển TBBMK cấu lái KẾT LUẬN CHƯƠNG I Qua phần tổng quan phương pháp điều khiển phương pháp dẫn loại TBB có điều khiển phần tổng quan cơng trình nghiên cứu TBBMK ta rút kết luận: Việc xây dựng mơ hình q trình điều khiển q trình chuyển động TBBMK có đặc điểm vừa bay vừa quay xung quanh trục dọc đối xứng việc làm cần thiết sở mơ hình xây dựng rõ ràng thiết kế kỹ thuật thiết kế công nghệ chế tạo hệ thống điều khiển nói chung phận cấu thành nói riêng; Các đối tác nước chuyển giao hệ thống vũ khí cơng nghệ lắp ráp khơng chuyển giao sở tốn học tính tốn thiết kế, vấn đề xây dựng phương pháp thuật toán điều khiển chuyển động liên tục điều bắt buộc muốn làm chủ hệ thống vũ khí tiến tới cải tiến thiết 1.4.2 Nhiệm vụ luận án kế chế tạo nó; Sau phân tích vấn đề đặt ra, luận án xác định nhiệm vụ sau đây: Nghiên cứu lý giải rõ ràng quan hệ lực tác động vào tâm khối TBBMK tín hiệu điều khiển máy lái; Trên sở quan hệ lực tác động vào tâm khối TBBMK tín hiệu điều khiển máy lái, xây dựng cấu trúc lệnh điều khiển theo phương pháp dẫn thường ứng dụng cho TBBMK phương pháp tiếp cận tỷ lệ phương pháp dẫn ba điểm; Các cơng trình nghiên cứu nước liên quan đến TBBMK chưa đề cập đến chưa lý giải vấn đề quan trọng vấn đề quan hệ phương pháp dẫn phương pháp điều khiển; Nhiệm vụ đặt cho luận án mục 1.4.2 nhằm mục đích giải vấn đề có ý nghĩa học thuật có giá trị thực tiễn nêu 7 CHƯƠNG II XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP LỆNH ĐIỀU 2.3 Xây dựng cấu trúc lệnh điều khiển TBBMK điều khiển theo nguyên lý điều chế độ rộng xung Xét lệnh δ B (t ) có tính chất tuần hồn với chu kỳ chu kỳ quay KHIỂN CHO THIẾT BỊ BAY MỘT KÊNH Thiết bị bay kênh (TBBMK) đối tượng động học đặc biệt nên việc xây dựng mô hình mơ tả chuyển động tổng hợp lệnh điều khiển vấn đề mới, địi hỏi phải nghiên cứu giải để làm sở cho thiết kế chế tạo 2.1 Xây dựng mơ hình mơ tả q trình chuyển động khơng gian thiết bị bay kênh Nếu thời gian độ khâu máy lái nhỏ nhiều lần so với chu kỳ quay thiết bị bay, góc α xấp xỉ sau: α = k δ B Ta có: TBB có mơ tả tốn học sau : ⎧−δ *; iT ≤ t < iT + ζ , ⎪+δ *; iT + ζ ≤ t < iT + T / + ζ − τ , ⎪⎪ δ B (t ) = ⎨−δ *; iT + T / + ζ − τ ≤ t < iT + T / + ζ , ⎪+δ *; iT + T / + ζ ≤ t < iT + T / + ζ + τ , ⎪ ⎪⎩−δ *; iT + T / + ζ + τ ≤ t < iT + T δB(t) (2.2) d Ψ / dt = − D.k sin(ωx1t ).δ B (2.3) δ* δB δB − α K Dcosωxl t g V θ ∫ y V ∫ t2 t3 t4 τ τ - ζ t T/2 T Hình 2.5 Dạng lệnh điều khiển TBBMK theo nguyên lý điều chế độ rộng xung Sau biến đổi ta có: +δ* -δ* ζ t1 Từ ta có mơ hình tổng qt mơ tả chuyển động thiết bị bay lên xuống dạt sườn: A sin (ω x1t ) (2.1) dθ / dt = D.k cos(ω x1t ).δ B − g / V (2.4) t − D sin ωxlt ∫ Ψ −V ∫ z FyTB = − 2mVDK δ * π (2.5) sin γ cos Δγ Tương tự, lực điều khiển ngang trung bình có dạng sau : Hình 2.1 Sơ đồ mơ hình chuyển động lên xuống dạt sườn TBBMK theo nguyên lý điều chế độ rộng xung 2.2 Khảo sát tính chất điều khiển thiết bị bay kênh theo nguyên lý điều chế độ rộng xung Luận án khảo sát tính chất chuyển động TBBMK tác động dạng điều khiển đặc trưng FzTB = 2mVDK δ * π cos γ cos Δγ (2.6) Lực tổng hợp : 2 + FzTB = F = FyTB Ta có hệ quả: 2mVDK δ * π cos Δγ (2.7) 10 Hệ 1: Khi tín hiệu điều khiển khơng có độ chậm pha ( γ = ) Chứng minh tính chất tỷ lệ thuận thành phần lực đứng ; Hệ 2: Khi tín hiệu điều khiển khơng có xung đối xứng ( Δγ = ) lực trung bình tổng hợp có giá trị cực đại ; Hệ 3: Khi độ rộng xung đối xứng ¼ chu kỳ ( Δγ = π ) lực trung bình tổng hợp có giá trị ; Hệ 4: Khi tín hiệu điều khiển có độ chậm pha ( γ = π ) thành phần lực ngang Ta tạo hàm số giải tích f ( t ) để chứng minh tính chất sau : Nếu A ≤ B hàm f ( t ) hàm tuần hồn có chu kỳ T = (2.8) 2π ω x1 , cắt trục hoành điểm chu kỳ, điểm cắt thứ thứ đối xứng qua điểm cắt thứ Thật : f ( t ) = A sin (ωx1t ) + B sin ( 2ω x1t ) = π 2mVDK δ * π 2mVDK δ * π cos Δγ = 2mVDK δ * π cos(ω x1t3 − ωx1t2 ) = cos ω x1 (t3 − t2 ) 2mVDK δ * π cos(π − arccos(− A / B)) [cos π cos(arccos(− A / B)) − sin π sin(arccos(− A / B))] F= 2mVDK δ * A = K1 A π 2B (2.10) bao gồm trường hợp tác động điều khiển có lệch pha ban đầu, nghĩa y (t ) = A sin (ω x1t − γ ) với γ ≠ t t3 = 2mVDK δ * Phần chứng minh chứng minh cho trường hợp tính chất phát biểu γ = khơng phải trường hợp tổng quát chưa Asin ωx1t t2 Chứng minh : Như (2.7) ra, giá trị lực điều khiển F phụ thuộc vào Δγ = ω x1.τ = ω x1 ( t3 − t2 ) : (2.9) = sin (ωx1t ) ⎡⎣ A + B cos (ωx1t ) ⎤⎦ t1 số tỷ lệ thay đổi nghịch biến với biên độ B Chứng minh tính chất tỷ lệ thuận tổng quát = A sin (ωx1t ) + B sin (ωx1t ) cos (ωx1t ) Asin ωx1t+ Bsin2ωx1t=f(t) khiển tổng hợp trung bình tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu điều khiển A , hệ F= f ( t ) = y1 ( t ) + y2 ( t ) = A sin (ω x1t ) + B sin ( 2ω x1t ) f(t), δB(t) Khi đưa thêm hàm điều hịa có tần số lần tần số quay TBB kênh ( B sin 2ω x1t ) vào tác động điều khiển Asinωx1t để lập lệnh lực điều t4 Bsin2ωx1t Hình 2.6 Đồ thị hàm δB(t) f (t ) δ B (t ) Gọi pha điều khiển γ = (ω x1t − γ ) tính chất tỷ lệ thuận tổng quát: Nếu ta thêm vào tín hiệu điều khiển y (t ) = A sin (ω x1t − γ ) hàm điều hịa gọi tín hiệu điều chế y (t ) = B sin (ω x1t − γ ) có pha gấp lần pha tín hiệu điều khiển có biên độ B thỏa mãn A ≤ B 11 12 lực điều khiển tổng hợp trung bình sau chu kỳ tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu điều khiển A hệ số tỷ lệ thay đổi nghịch biến với biên độ B γ0 độ chậm pha, thành phần lực điều khiển trung bình có dạng: 2.4 Phương pháp điều khiển thiết bị bay kênh cánh lái FyTB = − Kθ Asinγ (2.13) Kψ Acosγ (2.14) chuyển động liên tục Theo tài liệu [32] ta thấy tác giả nêu : FzTB = - Điều khiển TBBMK theo phương pháp biên độ xung; - Điều khiển TBBMK cách thay đổi độ rộng pha góc cánh Chứng minh: Thay (2.12) vào (2.11) ta có T FyTB = lái; Kθ A T K AT cos(ωx1t ) sin(ωx1t − γ )dt = θ ∫ [-sinγ +sin(2ωx1t − γ )]dt T ∫0 T 02 - Điều khiển TBBMK theo phương pháp điều chế độ rộng xung Ưu điểm phương pháp máy lái có kết cấu khơng q phức tạp = phản ứng với dấu tín hiệu điều khiển Nhưng có nhược điểm: Kθ A T [-sinγ +sin(2ωx1t )cosγ -cos(2ωx1t ) sin γ ]dt= 2T ∫0 T - Làm tăng tính phi tuyến hệ; - Làm phức tạp việc tổng hợp tác động điều khiển phải đưa thêm thành phần điều chế phân tích trên; T Dễ dàng thấy T ∫ sin(2ω T T x1 FyTB - Khi tiếp cận mục tiêu quỹ đạo có dạng xoắn ốc ( phân tích chương sau ) nên khả bắn trượt lớn quỹ đạo tiếp cận mục t ) dt = 0; ∫ co s(2ω x1t ) dt = ,vậy K AT K A = θ ∫ − sin γ dt = − θ sin γ 2T FzTB = Đặt toán: động học TBBMK mô tả : dθ = Kθ cos(ω x1t.)δ B (t ) − G cos θ dt dΨ = K Ψ sin(ωx1t ).δ B (t ) mV dt T 1 Kψ sin(ωx1t )δ B (t )dt = ∫ Kψ sin(ωx1t ) A sin(ωx1t − γ )dt ∫ T T (2.17) Tiến hành biến đổi tương tự ta có: mV (2.11) Tìm điều khiển δ B (t ) cho lực pháp tuyến trung bình tỷ lệ với biên độ tín hiệu sai lệch điều khiển δ B (t ) thay đổi liên tục giới hạn * FzTB = Kψ A T 2T ∫ co s γ 0 dt = Kψ A co s γ (2.18) So với phương pháp áp dụng, phương pháp ưu điểm : Tạo tác động điều khiển đơn giản, thêm thành phần điều chế ; cho phép − δ B ≤ δ B (t ) ≤ δ B Tác động điều khiển hàm khơng có đột biến nên khơng làm tăng Ta chứng minh tính chất sau: tính phi tuyến hệ thống; Nếu tín hiệu điều khiển tìm dạng δ B (t ) = Asin(ωx1t − γ ) (2.16) Tương tự, tích phân phương trình thứ ta có: T tiêu theo đường thẳng (2.15) K A K A Kθ A − sin γ dt + θ cosγ ∫ sin(2ω x1t ) dt − θ sin γ ∫ cos(2ω x1t ) dt 2T 2T 2T ∫0 0 - Làm tăng lực cản giảm cự ly bay thiết bị bay ; * T 1 Kθ cos(ωx1t )δ B (t ) dt = ∫ Kθ cos(ωx1t ) A sin(ωx1t − γ )dt = T ∫0 T (2.12) 13 Quỹ đạo bay khơng bị chao đảo nên tăng cự ly giảm lực cản khơng khí lên TBBMK; 14 CHƯƠNG III TỔNG HỢP LỆNH ĐIỀU KHIỂN DẪN CHO THIẾT BỊ BAY MỘT KÊNH TIẾP CẬN MỤC TIÊU DI ĐỘNG Độ xác điều khiển nâng lên Nhược điểm: 3.1 Tổng hợp lệnh điều khiển TBBMK tự dẫn theo phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ Máy lái phải hoàn thiện hơn, phải làm việc chế độ bám Phương pháp tự dẫn tiếp cận tỉ lệ là:: KẾT LUẬN CHƯƠNG II Trong chương áp dụng kết chương I, để xây dựng mơ hình mơ tả mối quan hệ tác động điều khiển cấu lái với lực pháp tuyến trung bình tác động vào tâm khối TBBMK rút kết luận sau: dθ / dt = Kθ (dϕ y / dt ) (3.1) d Ψ / dt = K Ψ (dϕ z / dt ) (3.2) Kθ , K Ψ hệ số tỉ lệ theo tầm theo hướng Ta có : FyTB = mV Kθ (dϕ y / dt ) + G Đối với TBBMK máy lái hoạt động theo nguyên lý điều chế độ rộng FzTB = mV K Ψ (dϕ z / dt ) xung tác động điều khiển tạo yêu cầu thì: (3.3) (3.4) Theo (2.5),(2.6) ta có: a) Lực pháp tuyến trung bình tác động vào tâm khối TBBMK tỷ lệ thuận với biên độ A tín hiệu điều khiển ; b) Các thành phần lực pháp tuyến tỷ lệ tương ứng với Asinγ mVDK δ * A sin γ = m V K θ ( d ϕ y / dt ) + G π B (3.5) mVDK δ * A c o s γ = m V K Ψ ( d ϕ z / d t ) π B (3.6) − Acosγ γ0 pha tín hiệu điều khiển ; Nếu cấu lái TBBMK máy lái điều khiển dạng liên tục tín hiệu điều khiển hàm δ B (t ) = A sin (ω x1t − γ ) , ω x1 tần số quay Kết hợp với điều kiện đảm bảo tính tỷ lệ thuận A ≤ B ta có hai tham số TBBMK quanh trục dọc đối xứng nó, γ pha tín hiệu điều khiển tín hiệu điều khiển cấu lái TBBMK sau: γ = arctg[ − ( K y (dϕ y / dt ) + cG ) / K z (dϕ z / dt )] lực pháp tuyến trung bình tác động vào tâm khối TBBMK tỷ lệ A = ( K y (dϕ y / dt ) + cG )2 + ( K z (dϕ z / dt )) thuận với biên độ A tín hiệu điều khiển biên độ A tín hiệu điều khiển TBBMK chuyển động theo quỹ đạo thẳng Các kết luận nêu sở lý thuyết để nghiên cứu khai thác ( K y (dϕ y / dt ) + cG ) + ( K z (dϕ z / dt )) < 2B A=2B nghiên cứu thiết kế chế tạo TBBMK nói chung nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho TBBMK nói riêng (3.7) (3.8) ( K y (dϕ y / dt ) + cG )2 + ( K z (dϕ z / dt ))2 >2B (3.9) Ta có nhận xét: Đây đóng góp quan trọng luận án chúng phù hợp với 1.Biên độ pha tín hiệu điều khiển máy lái TBBMK mang tài liệu mô tả kỹ thuật thiết bị bay kênh đối tác nước ngồi thơng tin tốc độ quay đường ngắm mục tiêu lại mang thơng cung cấp chuyển giao cơng nghệ sản xuất Việt Nam tin mục tiêu cần tiếp cận; Cả biên độ pha tính hiệu điều khiển mang thơng tin trọng lượng TBBMK, thông tin gọi phần bù trọng lượng; 15 16 tgγ = −( K yϕ y + cG ) / K z ϕ z Biên độ pha tính hiệu điều khiển phụ thuộc vào hai hệ số điều chỉnh Ky, Kz Việc lựa chọn Ky, Kz nhà thiết kế chế tạo TBBMK hệ Quá trình điều khiển TBBMK theo phương pháp dẫn thẳng điểm có thống điều khiển định thể diễn theo sơ đồ tạo lệnh hình 3.4 Sơ đồ kỹ thuật tạo tín hiệu điều khiển cấu lái TBBMK theo phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ hình 3.2 Chương trình bù trọng lượng ωx1 t cosωx1t Khối tạo tín hiệu điều chế Đầu tự dẫn ϕ& y -Ky Khối cos Chương trình bù trọng lượng ωx1 ϕ& z Kz Khối nhân Bsin2(ωx1t-γ0) (3.12) (3.13) A = ( K yϕ y + cG ) + ( K z ϕ z ) Khối nhân ωx1 Khối sin t t Khối cos cosωx1t ϕy Cơ cấu phát sai lệch tốc độ quay -Ky ϕz Khối sin Kz Khối nhân Khối nhân t sinωx1t Asin(ωx1t-γ0) sinωx1t Khối tạo tín hiệu điều chế Bsin2(ωx1t-γ0) Hàm dấu Asin(ωx1t-γ0) Cơ cấu lái TBBMK Hàm dấu sign ωx1 Cơ cấu lái Hình 3.4 Sơ đồ tạo lệnh điều khiển máy lái TBBMK tiếp cận mục tiêu theo phương pháp dẫn điểm thẳng hàng Khi điều khiển TBBMK theo phương pháp dẫn điểm thẳng hàng Hình 3.2 Sơ đồ tạo lệnh điều khiển máy lái TBBMK tiếp cận mục tiêu theo phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ tín hiệu φy , φz (Δy , Δz ) trắc thủ phát thiết bị quang điện tử đo cách tự động Các tham số A γ0 xác định sở tổng tín hiệu tham gia vào tác động điều khiển 3.3 Tổng hợp hiệu chỉnh hệ số truyền lệnh điều khiển thiết 3.2 Tổng hợp lệnh điều khiển TBBMK theo phương pháp dẫn điểm bị bay kênh phương pháp mờ thích nghi Nhiệm vụ điều khiển thu nhận thông tin φy , φz, trình điều khiển thực chất tạo lực pháp tuyến Fy , Fz cho: Vậy ta có: Các hệ số truyền lệnh Ky, Kz, phải nói chung khác ln thay đổi thích nghi Fy = k1 yϕ y (3.10) Trên sở điều kiện ổn định chọn vùng thay đổi hệ số Ky, Kz; Fz = k1z ϕ z (3.11) Xây dựng tập mờ Ky, Kz vùng xác định; 17 18 Trong μ Δ - hàm liên thuộc sai số; z Δ - tập zero sai Chọn vùng thay đổi sai số Δ ϕ y , Δ ϕ z hay Δy , Δz ; số; DI Δ - tập dưong sai số; DN Δ - tập dưong nhiều sai số; AI Δ - Chọn tập mờ sai số; tập âm sai số; AN Δ - tập âm nhiều sai số Chọn quy tắc điều khiển mờ; Các quy tắc điều khiển mờ: sai số zero hệ số K zero; Chọn phương pháp giải mờ sai số dương hệ số K dương ít; sai số dương nhiều hệ số K Ta tiến hành bước: dương nhiều; sai số âm hệ số K dương ít; sai số âm nhiều Vùng thay đổi hệ số Ky Kz từ đến hệ số K dương nhiều Các tập mờ Ky Kz xây dựng hình 3.5 sau: μk zk Phương pháp giải mờ: phương pháp điểm trọng tâm 3.4 Những điểm khác biệt điều khiển TBBMK tự dẫn TBBMK DN k DI k dẫn theo điểm Quá trình tự dẫn TBBMK tiến hành hệ tọa độ liên kết có so sánh với hệ tọa độ mặt đất di động quay tọa độ mang theo, cịn q trình dẫn TBBMK theo phương pháp dẫn điểm tiến hành hệ tọa độ mặt đất Hình 3.5 Các1tập mờ hệ số K y , K z Tốc độ quay trung bình quanh trục dọc TBBMK tự dẫn khoảng μ k - hàm liên thuộc hệ số Ky Kz ; z k - tập zero K; DI k tập dương K ; DN k - tập dương nhiều K Vùng thay đổi sai số Δ ϕ y , Δ ϕ z hay Δy , Δz động theo chức (để đo tốc độ quay TBB quanh trục Ta chọn vùng thay đổi từ -6 đến dọc), quay TBBMK tự dẫn có vai trị ổn định trục quay tọa độ tham gia vào việc tạo tín hiệu để xác định tốc độ quay quanh trục Các tập mờ sai số xây dựng theo hình 3.6 sau: dọc TBB μΔ AN Δ -6 điểm khoảng hz Con quay TBBMK dẫn theo phương pháp dẫn điểm hoạt 15 hz, cịn tốc độ quay trung bình TBBMK dẫn theo phương pháp dẫn -5 AI Δ -4 -3 Trong vòng điều khiển TBBMK dẫn theo phương pháp dẫn điểm có tham gia trắc thủ phần tử hệ thống nên kỹ zΔ -2 -1 DI Δ Hình 3.6 Các tập mờ sai số DN Δ trắc thủ ảnh hưởng đến kết điều khiển Δy,Δz 20 19 3.5 Khảo sát ảnh hưởng tần số quay thiết bị bay kênh điều khiển theo nguyên lý điều chế độ rộng xung đến tham số dẫn KẾT LUẬN CHƯƠNG III Chương luận án giải việc xác định biên độ A pha γ0 gặp mục tiêu di động khơng gian tín hiệu điều khiển tổng hợp chương để dẫn thiết bị bay kênh Từ đồ thị ta thấy chu kỳ T máy lái lật lần Để cho góc α (t ) đạt yêu cầu số thời gian T1 phải : T (3.14) T1