Luận án đặt ra bài toán “Tổng hợp luật dẫn tên lửa không đối không trong giai đoạn bay ô-tô-nôm đảm bảo tấn công mục tiêu có độ lệch lớn so với hướng phóng” nhằm xây dựng một PPD mới trong giai đoạn bay ô-tô-nôm, áp dụng cho lớp tên lửa “không đối không” tầm trung đảm bảo: có khả năng tấn công mục tiêu với góc đón đa dạng kể cả góc đón lớn; hình thành quỹ đạo đa dạng đảm bảo yếu tố bí mật bất ngờ khi tiếp cận mục tiêu; góp phần nâng cao độ chính xác trong giai đoạn tự dẫn. Vấn đề nghiên cứu trên là hết sức cần thiết và cấp bách.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ******* NGUYỄN SỸ HIẾU TỔNG HỢP LUẬT DẪN TÊN LỬA KHÔNG ĐỐI KHÔNG TRONG GIAI ĐOẠN BAY Ơ-TƠ-NƠM ĐẢM BẢO TẤN CƠNG MỤC TIÊU CĨ ĐỘ LỆCH LỚN SO VỚI HƯỚNG PHÓNG 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 ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: TS Đoàn Thế Tuấn GS-TSKH Nguyễn Đức Cương Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Quang Hùng Viện KH CNQS Phản biện 2: GS.TS Phan Xuân Minh Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 3: PGS.TS Bùi Xuân Khoa Học viện Phịng khơng – Khơng qn Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo định số /QĐ-HV, ngày tháng năm 2020 Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp Học viện Kỹ thuật Quân vào hồi .ngày tháng năm 202 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân - Thư viện Quốc gia CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 01 Nguyễn Sỹ Hiếu, Đoàn Thế Tuấn, Vương Anh Trung, “A computational method for optimal midcourse guidance law with impact gust wind”, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments ISSN: 1024-1752 CODEN: JERDFO Vol 43, No 4, pp 388-399 Published Year 2020 02 Nguyễn Sỹ Hiếu, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Đức Cương, “Nghiên cứu ảnh hưởng gió đến chất lượng luật dẫn giai đoạn bay ô-tô-nôm tên lửa không đối không tầm trung”, Báo cáo hội thảo quốc gia FEE2019, Thái Nguyên ngày 26-10-2019 Tạp chí KH CNQS, số đặc san FEE 2019 03 Nguyễn Sỹ Hiếu, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Đức Cương , “Tổng hợp luật dẫn tên lửa không đối không tầm trung giai đoạn theo sai lệch góc sai lệch thẳng”, Báo cáo hội nghị quốc tế VCCA 2019, Hà Nội ngày 6-9-2019 04 Nguyễn Sỹ Hiếu, Đoàn Thế Tuấn, Bùi Tiến Anh, Nguyễn Thành Chung,“Nghiên cứu tổng hợp luật dẫn giai đoạn qn tính cho tên lửa khơng đối khơng tầm trung”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, Số 201(8-2019) - Học viện KTQS 05 Nguyễn Sỹ Hiếu, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Đức Cương, “Tổng hợp luật dẫn tên lửa không đối không tầm trung giai đoạn bay ô-tônôm theo quỹ đạo tham chiếu”, Tạp chí KH CNQS số 62, 8/2019 06 Nguyễn Sỹ Hiếu, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Đức Cương, Nguyễn Ngọc Điển,“Tối ưu quỹ đạo tên lửa khơng đối khơng giai đoạn bay hành trình cơng mục tiêu chuyển động”, Tạp chí KH CNQS số 60, 4/2019 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong thời gian qua trang bị nhiều loại vũ khí đại, nhiên nhìn chung Khơng qn Việt Nam số lượng thua chất lượng so với đối thủ tiềm tàng Do vậy, chiến thuật tác chiến “không đối không” mà sử dụng công bất ngờ rút nhanh Để thực yêu cầu chiến thuật này, đặc tính kỹ thuật tên lửa phải đảm bảo khả công mục tiêu từ xa, tên lửa hình thành quỹ đạo cơng đa dạng, góc đón ban đầu q0 lớn (góc véc tơ vận tốc tên lửa với đường ngắm TL-MT), độ xác dẫn cao Với loại tên lửa “khơng đối khơng” hệ cũ để đảm bảo tiêu diệt mục tiêu, trước phóng tên lửa phi công cần phải liên tục điều khiển, động máy bay (hay trục dọc tên lửa, đầu tự dẫn trước phóng khóa cố định) hướng phía mục tiêu đồng thời phải trì hướng, tầm máy bay bám theo mục tiêu khoảng thời gian định, đảm bảo đầu tự dẫn tên lửa có khả “khóa” mục tiêu (từ 35s) Đây mà nhiệm vụ khó khăn phi cơng, dễ gây thời chiến đấu tạo mối nguy hiểm tiềm tàng máy bay ta, đặc biệt tác chiến với PTTCĐK có hỏa lực mạnh Từ phân tích trên, luận án đặt toán “Tổng hợp luật dẫn tên lửa không đối không giai đoạn bay ô-tô-nôm đảm bảo cơng mục tiêu có độ lệch lớn so với hướng phóng” nhằm xây dựng PPD giai đoạn bay ô-tô-nôm, áp dụng cho lớp tên lửa “không đối khơng” tầm trung đảm bảo: có khả cơng mục tiêu với góc đón đa dạng kể góc đón lớn; hình thành quỹ đạo đa dạng đảm bảo yếu tố bí mật bất ngờ tiếp cận mục tiêu; góp phần nâng cao độ xác giai đoạn tự dẫn Vấn đề nghiên cứu cần thiết cấp bách Đối tượng, phạm vi nghiên cứu phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án tổng hợp luật dẫn giai đoạn bay ô-tô-nôm đảm bảo yêu cầu thời điểm chuyển sang giai đoạn tự dẫn Phạm vi nghiên cứu: Luận án giới hạn phạm vi nghiên cứu hạn chế khn khổ tốn tổng hợp luật dẫn giai đoạn bay ô- tô-nôm cho tên lửa “không đối không” tầm trung Trong triển khai nghiên cứu, luận án sử dụng mối quan hệ động hình học TL-MT hình thành mơ hình động học khác nhau, kết hợp với lý thuyết điều khiển tối ưu để tổng hợp luật dẫn khác Quá trình nghiên cứu tiến hành phương pháp nghiên cứu lý thuyết gắn với mô thử nghiệm Nội dung nghiên cứu Nội dung Luận án trình bày 119 trang, 63 hình vẽ đồ thị, 70 tài liệu tham khảo Nội dung nghiên cứu nhằm giải ba toán cụ thể: - Tổng hợp luật dẫn cho tên lửa “không đối không” giai đoạn bay ô-tô-nôm; - Xây dựng họ quỹ đạo tham chiếu đa dạng với góc phóng khác kể góc phóng lớn, phù hợp với yêu cầu chiến thuật tác chiến đại; - Xây dựng thuật tốn giải tốn bắn đón, có tính tới tham số chuyển động mục tiêu, tên lửa tính lượng bù độ cong quỹ đạo tham chiếu Bố cục luận án gồm: Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan tên lửa “không đối không” tầm trung phương pháp dẫn kết hợp Chương 2: Tổng hợp luật dẫn tên lửa giai đoạn bay ô-tônôm theo tham số tọa độ góc Chương 3: Tổng hợp luật dẫn tên lửa giai đoạn bay ô-tô-nôm theo sai lệch góc, sai lệch thẳng với quỹ đạo tham chiếu Chương 4: Mô đánh giá hiệu luật dẫn Kết luận Tính thực tiễn, tính khoa học đóng góp luận án Tính thực tiễn - Các thuật toán xây dựng đảm bảo yêu cầu tên lửa thuận lợi chuyển sang giai đoạn tự dẫn hình thành lớp quỹ đạo đa dạng phù hợp thực tế tác chiến lớp tên lửa “không đối không” tầm trung sử dụng phương pháp dẫn kết hợp ô-tô-nôm – tự dẫn; - Các thuật tốn đề xuất hồn tồn thực hóa sở công nghệ kỹ thuật nay; Tính khoa học luận án Hồn thiện phát triển luật dẫn giai đoạn bay ô-tônôm cho lớp tên lửa “không đối không” tầm trung sử dụng phương pháp dẫn kết hợp sở ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu Những đóng góp luận án Đã tổng hợp luật dẫn tên lửa “không đối không” giai đoạn bay ô-tô-nôm theo quỹ đạo tham chiếu; Đã đề xuất lớp quỹ đạo tham chiếu có dạng hàm Rayleigh xây dựng thuật tốn giải tốn bắn đón phù hợp với quỹ đạo tên lửa chọn; CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÊN LỬA KHÔNG ĐỐI KHÔNG TẦM TRUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP DẪN KẾT HỢP 1.1 Tổng quan tên lửa “không đối không” tầm trung Tên lửa có điều khiển Khơng Qn phân loại theo dấu hiệu liên quan đến đặc trưng kết cấu tên lửa [4, 11, 12] Điều khiển kết hợp hiểu hệ thống kết hợp số phương pháp điều khiển khác nhằm phát huy cách đầy đủ ưu điểm phương pháp hạn chế nhược điểm chúng [5, 13, 46, 47, 49, 56, 64, 66] Phương pháp điều khiển kết hợp ô-tô-nôm – tự dẫn kết hợp ưu điểm như: khả công từ xa, độ xác cao, cơng bí mật bất ngờ, có khả “bắn quên” [11, 12] 1.2 Tổng quan cac nghiên cứu nước phương pháp dẫn kết hợp Các nghiên cứu nước: nghiên cứu tổng hợp phương pháp dẫn cho tên lửa ngày quan tâm ý Tuy nhiên, nghiên cứu phương pháp dẫn kết ô-tô-nôm – tự dẫn áp dụng lớp tên lửa “khơng đối khơng” tầm trung có khả cơng mục tiêu từ xa, độ xác cao, có khả cơng mục tiêu với góc đón đa dạng kể góc đón lớn, quỹ đạo tiếp cận mục tiêu đa dạng đảm bảo yếu tố bí mật bất ngờ vấn đề cấp thiết để ngỏ Các nghiên cứu nước ngồi: - Đối với tốn ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu để tổng hợp luật dẫn giai đoạn thứ đối tượng áp dụng mục tiêu cố định Bỏ qua thành phần mục tiêu mối liên hệ động hình học Điều kiện biên thời điểm chuyển: khoảng cách đảm bảo mở đầu tự dẫn; góc nghiêng đường ngắm góc nghiêng quỹ đạo yêu cầu với giá trị cho trước Độ trượt tức thời thời điểm bắt đầu tự dẫn chưa đề cập; - Đối với trường hợp mục tiêu chuyển động việc tổng hợp luật dẫn giai đoạn thứ dựa mối liên hệ động hình học xuất phát từ luật dẫn tiếp cận tỉ lệ Các điều kiện biên góc giới hạn đánh giá thơng qua hàm điều kiện liên quan đến đặc điểm giai đoạn dẫn giới hạn vật lý để đảm bảo tiêu diệt mục tiêu giai đoạn (thường tự dẫn), việc so sánh đánh giá với tiêu tối ưu không thực hiện; - Việc ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu để tổng hợp luật dẫn cho tên lửa “không đối không” với mục tiêu chuyển động, yêu cầu công mục tiêu với góc đón ban đầu lớn, quỹ đạo tên lửa đa dạng chưa có tài liệu đề cập đến chưa cơng bố bí mật qn Phương pháp dẫn kết hợp tên lửa R-27R Tên lửa giai đoạn bay ô-tô-nôm đưa đến vị trí xác định khơng gian theo quỹ đạo xác định Vì vậy, nhiệm vụ điều khiển tên lửa giai đoạn ban đầu phải triệt tiêu sai lệch thẳng theo mặt phẳng đứng mặt phẳng ngang đến thời điểm sai lệch thẳng có giá trị sai lệch cho phép Trên đoạn bay ô-tô-nôm, theo tọa độ tốc độ mục tiêu hệ tọa độ mặt đất cố định, máy tính đầu tự dẫn ПаРГС-27 hình thành tải chọn trước mặt phẳng đứng (mặt phẳng ngang) theo công thức [11]: 0.4 1.5 nctY (Z) = LY (Z) + LY (Z) (1.1) Tb Tb 3.5 T = LY (Z) − 0.8 Lcp LY (Z) b Tb 3.5 Tb 3.5 (1.2) Trong giai đoạn tự dẫn, luật điều khiển tên lửa R-27R xác định công thức sau: (1.3) n = K. 1.3 Cơ sở lý thuyết tối ưu giải toán tổng hợp luật dẫn Tổng hợp luật dẫn toán tìm tải yêu cầu sở phương trình vi phân dựa mối liên hệ động hình học TL-MT, thực chất tốn điều khiển Các bước để giải toán điều khiển tối ưu: + Bước 1: Xây dựng phương trình trạng thái mô tả đối tượng điều khiển x = f ( x ( t ) , u ( t ) , t ) ; + Bước 2: Xây dựng hàm mục tiêu điều kiện biên ( J ( u ) = G x ( t f u (t) tf ) ) + L ( x (t ) , u (t ) , t )dt ; t0 + Bước 3: Thành lập hàm Haminton: H (t ) = L ( x, u, t ) + T ( t ) f ( x, u, t ) ; + Bước 4: Xây dựng điều kiện cần để có lời giải tối ưu: Phương trình trạng thái: x = f ( x ( t ) , u ( t ) , t ) ; Phương trình đồng trạng thái: ( t ) = − H x ; Điều kiện dừng: H = 0; u Điều kiện đầu: x ( t0 ) = x0 ; ( ) Điều kiện cuối: t f = G ( t f ) x + Bước 5: Giải hệ phương trình nhận u* ( t ) , x* ( t ) 1.4 Đặt toán nghiên cứu Xuất phát từ điểm hạn chế nghiên cứu ngồi nước cơng bố; vào đặc điểm yêu cầu chiến thuật tác chiến “không đối không”, luận án tập trung nghiên cứu tổng hợp luật dẫn giai đoạn bay ô-tô-nôm phù hợp với điều kiện tác chiến khác nhau, cụ thể luận án cần giải toán: Bài toán 1: Tổng hợp luật dẫn cho tên lửa “không đối khơng” giai đoạn bay ơ-tơ-nơm; Bài tốn 2: Xây dựng họ quỹ đạo tham chiếu đa dạng với góc phóng khác kể góc phóng lớn, phù hợp với yêu cầu chiến thuật tác chiến đại; Bài toán 3: Xây dựng thuật toán giải tốn bắn đón, có tính tới tham số chuyển động mục tiêu, tên lửa tính lượng bù độ cong quỹ đạo tham chiếu 1.5 Kết luận chương Trong chương 1, sở phân tích yêu cầu chiến thuật tác chiến phi đối xứng, hạn chế nghiên cứu nước thuyết minh kỹ thuật, đặt vấn đề nghiên cứu tổng hợp luật dẫn giai đoạn bay ô-tô-nôm đảm bảo yêu cầu tác chiến đại Theo cách đặt vấn đề mục 1.4, xác định ba toán cần giải chương luận án CHƯƠNG TỔNG HỢP LUẬT DẪN TÊN LỬA TRONG GIAI ĐOẠN BAY Ơ-TƠ-NƠM THEO CÁC THAM SỐ TỌA ĐỘ GĨC 2.1 Tổng hợp luật dẫn giai đoạn bay ô-tô-nôm theo sai lệch góc 2.1.1 Xây dựng mơ hình động học Xuất phát từ mối liên hệ động hình học TL-MT ta có: r = −Vtl cos( tl − ) + Vmt cos( mt − ) (2.1) r = −Vtl sin( tl − ) + Vmt sin( mt − ) Trong đó: Vtl, tl - Tương ứng vận tốc góc hướng quỹ đạo tên lửa; Vmt, mt - Vận tốc góc hướng quỹ đạo mục tiêu; , r(t)Góc đường ngắm khoảng cách TL-MT Yêu cầu đặt kết thúc giai đoạn bay ô-tô-nôm là: - Khoảng cách TL-MT cự ly hoạt động đầu tự dẫn rtd; - Tốc độ góc đường ngắm nhỏ ( → ) Chọn tf nhỏ thời điểm bắt đầu tự dẫn (ttd), sau thời điểm tf, cự ly tên lửa tăng dần, khoảng cách tên lửa mục tiêu giảm dần đến rtd Vì yêu cầu thứ giai đoạn bay ô-tô-nôm không cần xem xét Nhận điều kiện biên: ( + (1 − kV ) ) t = (2.5) f Thực biến đổi, mơ hình động học viết thành: g = (1 − kV ) − V nz tl = (2.7) g cos( + kV − )nz V = −2 − r r 2.1.2 Tổng hợp luật dẫn Hàm tiêu chất lượng có dạng: tf J= 1 ( )t f + nz2 dt → 2 to (2.8) Ký hiệu: q = tl − ; qmt = mt − Nhận hệ phương trình biến đồng trạng thái: d g sin(q)nz = − r dt d g sin( q ) nz = kV (2.10) r dt d V = − (1 − kV ) − + 2 r dt Tín hiệu điều khiển tối ưu: cos(q) nz = g − + r Vtl Điều kiện biên: = G = tf tf tf t f = G t f = = G t = f tf Hệ phương trình mở rộng có dạng: x A(11) A(12) x = (21) A(22) A Giá trị biến trạng thái đồng trạng thái tf I 33 x = f xt f t f P (2.11) (2.12) (2.17) (2.18) Xét thời điểm t, với tk t tk +1 t = tk +1 − tk đủ nhỏ Có thể coi sin ( q ) = sin ( qk ) = const;cos ( q ) = cos ( qk ) = const Khi hệ (2.17) xem tuyến tính Nghiệm (2.17), có dạng (với : ma trận vng cấp 2): 2.2 Tổng hợp luật dẫn theo tốc độ góc đường ngắm 2.2.1 Động học đường ngắm TL-MT Mơ hình động học: g tl = V nz tl = g cos( tl − )nz V = −2 − r r Điều kiện biên: tf =0 (2.37) (2.38) 2.2.2 Xây dựng luật dẫn tf J= 1 t2f + nz2 dt → 2 to (2.39) Hệ phương trình biến đồng trạng thái: d tl H g =− = − sin(q)nz tl r dt d H g =− = sin(q)nz r dt d H V =− = − + r dt (2.41) Tín hiệu điều khiển tối ưu: cos(q) nz = g − tl + r Vtl (2.42) Điều kiện biên chuyển đổi: = G tl t = f tl t f t f = G t f = = G t = t f f tf Hệ phương trình mở rộng có dạng: (2.43) x A(11) A(12) x (2.48) = (21) A(22) A Nhận luật dẫn có dạng: cos(q) T nz = g − (2.50) P (t ) x r Vtl Với P(t) nhận từ phương trình Riccati Tương tự, tìm P(t) cách lựa chọn hàm nhận luật dẫn tối ưu: r n nz = z − max cos(q). r0 max (2.55) Như vậy, luật dẫn theo tốc độ góc đường ngắm (2.55) luật dẫn tiếp cận tỉ lệ có hệ số thay đổi theo cự ly tương đối TL-MT Giai đoạn đầu hệ số dẫn có giá trị lớn tạo tải yêu cầu lớn đảm bảo đưa nhanh tên lửa vào quỹ đạo động, giai đoạn sau tải yêu cầu nhỏ đảm bảo tên lửa bay ổn định quỹ đạo động Luật dẫn (2.55) với hệ số dẫn thay đổi sử dụng giai đoạn bay ô-tô-nôm đảm bảo khử tốc độ góc đường ngắm Phù hợp với việc sử dụng phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ giai đoạn tự dẫn 2.2.3 Kết mô - Qua kết khảo sát nhận thấy: tốc độ góc đường ngắm độ trượt tiến tới “0” trước thời điểm chuyển sang tự dẫn nhiều - Quá tải yêu cầu có giá trị lớn giai đoạn đầu trình dẫn sau giảm dần “0” tên lửa đạt trạng thái xác lập; - Quỹ đạo TL-MT trường hợp góc hướng mục tiêu khác đảm bảo, khoảng cách TL-MT thỏa mãn mở đầu tự dẫn 2.3 Kết luận chương Đối với luật dẫn theo sai lệch góc: - Độ trượt giảm dần tiến “0” thời điểm trước mở đầu tự dẫn trường hợp góc đón ban đầu nhỏ; - Ban đầu tải yêu cầu lớn khử sai lệch góc, sau giảm dần đảm bảo tên lửa bay ổn định quỹ đạo; - Luật dẫn phù hợp với góc đón nhỏ; - Luật dẫn đơn giản dẫn đến việc thực hóa luật dẫn theo sai lệch góc dễ dàng, đơn giản Đối với luật dẫn theo tốc độ góc đường ngắm: 10 - Độ trượt giảm dần tiến “0” thời điểm trước mở đầu tự dẫn trường hợp góc phóng khác nhau; - Quá tải yêu cầu ban đầu lớn đảm đảo cho tên lửa nhanh vào quỹ đạo động, sau tải yêu cầu giảm dần tiến “0”; - Phù hợp với góc đón ban đầu khác kể góc đón lớn; - Luật dẫn sử dụng giai đoạn bay ô-tô-nôm phù hợp với giai đoạn tự dẫn sử dụng phương pháp dẫn tiếp cận tỉ lệ; - Hiện thực hóa phức tạp phương pháp sai lệch góc Quỹ đạo hai luật dẫn phục thuộc vào tham số chuyển động mục tiêu, khơng hình thành quỹ đạo đa dạng CHƯƠNG TỔNG HỢP LUẬT DẪN GIAI ĐOẠN BAY Ô-TÔ-NÔM THEO SAI LỆCH GÓC, SAI LỆCH THẲNG VỚI QUỸ ĐẠO THAM CHIẾU 3.1 Tổng hợp luật dẫn theo quỹ đạo tham chiếu đường thẳng Chuyển động tên lửa mặt phẳng ngang hệ tọa độ phóng XOZ hình 3.1 Trong đó, - ( x, z ) , Vtl tl tương ứng tọa độ, vận tốc góc hướng quỹ đạo tên lửa; - ( xmt , zmt ) , Vmt mt tương ứng tọa độ ban đầu, vận tốc góc hướng quỹ đạo mục tiêu; ( ) * * * - xm , zm , m , b tương ứng tọa độ góc hướng quỹ đạo mong muốn tên lửa thời điểm mở đầu tự dẫn góc bù Điểm đón thực tế Z Điểm đón lý tưởng ψb M zm* ψmt Vmt (xmt0 ,zmt0) Vtl (x,z) ψtl O h ψ*m x*m M0 Hình 3.1 Vị trí tên lửa so với quỹ đạo tham chiếu 11 X 3.1.1 Mơ hình động học tên lửa Xuất phát từ mơ hình động học [1, 2, 3]: tl = ( g Vtl ) nz x = Vtl cos tl z = V sin tl tl (3.2) Đặt: = tl − m x = x − xm (3.3) m z = z − z Ký hiệu h độ lệch thẳng (khoảng cách từ tên lửa đến đường thẳng M0M) Sử dụng phép quay phép tịnh tiến, ta có: h = −( x − x0 )sin m + z cos m (3.6) Đạo hàm (3.6) kết hợp với mô hình động học (3.2) nhận được: g = V nz (3.9) tl h = V sin tl Điều kiện biên: t f = t f − m → (3.10) ht f = −xt f sin m + zt f cos m → 3.1.2 Xây dựng luật dẫn Hàm tiêu chất lượng: tf 1 J = 1 t2f + ht2f + nz2 dt → 2 to (3.11) Biến đồng trạng thái: d H =− = −hVtl cos dt d h = − H = dt h Nghiệm tối ưu: (3.14) 12 g Vtl Điều kiện biên chuyển đổi: = G = 1 tf tf = G h t = 2 h t f f x t f Hệ mở rộng có dạng: x A(11) A(12) x = (21) A(22) A nz = − (3.15) tf (3.16) (3.20) Biến trạng thái đồng trạng thái thời điểm cuối: I 22 x = f xt f t f P (3.21) Xét thời điểm t, với tk t tk +1 t = tk +1 − tk đủ nhỏ Có thể coi cos ( ) = cos ( k ) = const , hệ (3.20) xem x x tuyến tính Nghiệm (3.20) có dạng: = (t f - t ) t f Rút phương trình Riccati: P(t ) = P(t ) ( A(22) ) − ( A(11) ) P(t ) − P(t ) A(12) P(t ) T T (3.26) Luật dẫn tối ưu có dạng: nz = − g 1 0 PT (t ) x Vtl (3.28) Tìm P(t) từ phương trình (3.26) bổ sung ràng buộc: số thời gian không lớn số thời gian cho phép; tải pháp tuyến không lớn tải cho phép Nhận luật dẫn tối ưu: nz = −k1 − k2 h (3.29) Với: nzmax + hmax gTCP k1 = (3.37) hmax + max Vtl TCP 13 Vtl max gTCP (3.38) k2 = hmax + Vtl TCP max 3.1.3 Một số kết mô Trường hợp k2=0: - Thời gian độ vào trạng thái xác lập tên lửa nhỏ, phương tên lửa nhanh chóng phương với quỹ đạo tham chiếu; - Luật dẫn hình thành tải ban đầu lớn Đảm bảo nhanh chóng khử sai lệch góc hướng quỹ đạo, giai đoạn ổn định, sai lệch góc hướng quỹ đạo tải tiến tới “0”; - Quỹ đạo ổn định tên lửa song song với quỹ đạo tham chiếu không triệt tiêu sai lệch thẳng Trường hợp k1=0: Quỹ đạo tên lửa dao động quanh quỹ đạo tham chiếu Quá tải yêu cầu góc hướng quỹ đạo tên lửa không ổn định Do vậy, để sử dụng luật dẫn theo sai lệch thẳng cần có cải thiện Trường hợp tổng quát: - Đảm bảo đưa tên lửa đến vị trí mong muốn với góc hướng u cầu Tên lửa ổn định trước vào tự dẫn; - Quỹ đạo tên lửa nhanh chóng đưa đường tham chiếu M0M đường thẳng Vấn đề đa dạng quỹ đạo tên lửa không thực 3.2 Tổng hợp luật dẫn theo quỹ đạo đường cong Chuyển động tên lửa hình 3.14 nzmax + Hình 3.2 Vị trí tên lửa so với quỹ đạo tham chiếu 14 3.2.1 Xây dựng mơ hình động học tên lửa Từ hệ phương trình: = Vg nz tl x1 = Vtl cos z = V sin tl Sai lệch quỹ đạo tên lửa quỹ đạo tham chiếu: (3.43) h = Vtl + f x2 sin( − m ) (3.44) Rút mơ hình động học: g = V nzm tl h = V sin( ) tl Điều kiện biên: t f → 0; ht f → với t f ttd (3.48) 3.2.2 Xây dựng luật dẫn Hàm tiêu chất lượng có dạng: tf 1 J = 1 t2f + 2 ht2f + nzm dt → 2 to (3.49) Hệ phương trình biến đồng trạng thái: d H =− = −hVtl cos dt H d h dt = − h = Nghiệm tối ưu: (3.52) nzm = − g Vtl (3.53) Điều kiện biên chuyển đổi: 1 f f f = P ; P = P = 0 h t f h t f Hệ phương trình mở rộng: 15 0 (3.54) x A(11) A(12) x = (21) A(22) A Biến trạng thái đồng trạng thái thời điểm cuối: I 22 x = f xt f t f P (3.58) (3.59) Luật dẫn tối ưu có dạng: nzm = − g 1 0 PT (t ) x Vtl (3.59) Tương tự, tìm P(t) từ phương trình Riccati từ ràng buộc bổ sung Nhận luật dẫn: nzm −CP + hmax gTCP k1 = (3.61) hmax + max Vtl TCP Vtl max gTCP + Vtl TCP max nzm −CP + k2 = hmax nz = − (3.62) k1 + k2 h Vtl + m g + f x2 (3.63) Trong luật dẫn (3.63) nhận thấy: thành phần thứ sử dụng để khử sai lệch quỹ đạo tên lửa so với quỹ đạo tham chiếu theo sai lệch góc sai lệch thẳng, thành phần thứ hai tải yêu cầu xác định theo quỹ đạo tham chiếu 3.3 Xây dựng quỹ đạo chuyển động tham chiếu tên lửa 3.3.1 Xác định dạng tham số quỹ đạo tham chiếu Quỹ đạo tham chiếu tên lửa thỏa mãn ràng buộc: xuất phát từ điểm O (điểm phóng) đến điểm mong muốn M; tải tên lửa trình bay đến M đảm bảo nhỏ tải cho phép, tải tên lửa M nhỏ ; quỹ đạo tham chiếu đa dạng Lựa chọn hàm tham chiếu Rayleigh có dạng: z=K x−x − e ( x − x )2 2 (3.70) 16 Tính tốn hệ số nhận được: x − x1 , = K = z e − x* Đạo hàm bậc nhất, bậc hai: fx = K 2 − e ( x − x )2 2 (3.74) x − x 2 1 − (3.75) K x − x ( x − x )2 − f xx = − 2 − e 2 ( x − x )2 2 (3.76) 3.3.2 Thuật toán xác định điểm bắn đón mong muốn Với trường hợp tên lửa chuyển động thẳng từ O đến M , tính được: t V m* = arcsin td m sin mt + (3.80) ttdVtl + rtd xm* = ttdVtl cos m* ; zm* = ttdVtl sin m* (3.81) Khi tên lửa chuyển động với quỹ đạo cong phải tính lượng bù: Vmt tb sin ( mt − m* ) b = arctan (3.83) rtd + Vmt tb cos ( mt − m* ) Z Vmt.tb ψb M z*m Vtl ψtl ψ*m0 σ0 rd Vmt ψmt σ0 ψ*m O x*m Hình 3.3 Xác định góc đón mong muốn Thời gian bù xác định thuật toán lặp: - Bước 1, cho tb = t với t đủ nhỏ, nhận ttdb = ttd + tb ; - Bước 2, tính b theo (3.83); 17 X - Bước 3, tính m* theo (3.80); ( ) * * * - Bước 4, xác định lại hàm Rayleigh theo xmto , zmto , m ; - Bước 5, tính khoảng cách tên lửa – mục tiêu rTL − MT - Bước 6, So sánh, rtd − rTL − MT Nếu rtd − rTL − MT ttdb , quay ttdb ttdb ttdb ; , kết thúc chương trình trở lại bước với tb = ( k + 1) t , k = n ( - sai số) Lượng đón để triệt tiêu độ trượt: sin tr = − Vmt sin( − mt ) Vtl (3.84) 3.3.3 Một số kết mơ Luật dẫn (3.63) hình thành q tải bám theo khử sai lệch so với hàm tham chiếu Rayleigh Giá trị sai lệch thẳng, sai lệch góc quỹ đạo tên lửa hàm tham chiếu khử nhanh đưa “0” Xác định góc hướng mong muốn tọa độ mong muốn thỏa mãn yêu cầu đặt 3.4 Kết luận chương - Luật dẫn (3.29) với đường tham chiếu đường thẳng nhanh chóng đưa tên lửa vào trạng thái xác lập Tuy nhiên: quỹ đạo phần lớn đường thẳng không đảm bảo đa dạng quỹ đạo theo yêu cầu; - Luật dẫn (3.63) với đường tham chiếu hàm Rayleigh đảm bảo trạng thái xác lập cho tên lửa trước vào tự dẫn, quỹ đạo đa dạng Sai lệch góc sai lệch thẳng nhanh chóng khử tiến “0”; - Thuật toán xác định điểm đến mong muốn cho phép xác định xác tham số tọa độ, góc hướng mong muốn CHƯƠNG MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC LUẬT DẪN 4.1 Mơ đánh giá luật dẫn theo tốc độ góc đường ngắm 4.1.1 Sơ đồ tổ chức mô Sơ đồ tổ chức mơ hình 4.1 18 Hình 4.1 Sơ đồ tổ chức mơ Các tham số tính tốn sơ đồ xác định theo công thức từ (4.1) (4.8) 4.1.2 Mơ đánh giá hiệu luật dẫn Hình 4.2 Quỹ đạo khoảng cách TL-MT Hình 4.3 Quá tải yêu cầu độ trượt tức thời 19 Hình 4.4 Góc quay tốc độ góc đường ngắm Hình 4.5 Góc đón góc hướng tên lửa 4.2 Mô đánh giá luật dẫn theo quỹ đạo tham chiếu hàm Rayleigh 4.2.1 Sơ đồ tổ chức mô Vtl Vmt,ψmt xmt0,zmt0 xmt,zmt Vtl,ψtl Bài tốn bắn đón Tên lửa nz xm,zm,ψm Xác định tham số quỹ đạo K,ẟ,x ψm Vtl Vtl Tính tốn tham số luật dẫn xtl,ztl,ψtl Hình 4.14 Sơ đồ tổ chức mơ 20 4.2.2 Mô đánh giá hiệu luật dẫn Kết mô hai trường hợp hình vẽ sau: 21 4.3 Kết luận chương Cả hai luật dẫn (2.55) (3.63) đảm bảo yêu cầu dẫn tên lửa không đối không giai đoạn bay ơ-tơ-nơm với góc đón đa dạng kể góc đón lớn; Luật dẫn theo tốc độ góc (2.55) giai đoạn bay ơ-tơ-nơm phù hợp với phương pháp dẫn kết hợp giai đoạn tự dẫn sử dụng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ; Còn luật dẫn (3.63) kết hợp với nhiều luật dẫn khác giai đoạn tự dẫn; Luật dẫn (3.63) với quỹ đạo tham chiếu có dạng hàm Rayleigh đảm bảo hình thành lớp quỹ đạo đa dạng Quỹ đạo luật dẫn (2.55) phụ thuộc tham số chuyển động mục tiêu; Thuật toán giải toán bắn đón đưa điểm đón mong muốn phù hợp với tham số chuyển động mục tiêu tham số quỹ đạo mẫu; Luật dẫn (3.63) trì trọng tâm tên lửa theo quỹ đạo mong muốn, loại trừ ảnh hưởng nhiễu động bên KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận chung 1) Phân tích đặc điểm tên lửa “không đối không” tầm trung, yêu cầu tác chiến điều kiện chiến tranh phi đối xứng Xuất phát từ nghiên cứu nước phương pháp dẫn kết hợp, sở thuyết minh kỹ thuật yêu cầu chiến thuật đặt yêu cầu tổng hợp luật dẫn giai đoạn bay ơ-tơ-nơm; 2) Trình bày sở lý thuyết điều khiển tối ưu, phương pháp bước giải tốn biên với thời gian khơng cố định; 3) Tổng hợp luật dẫn theo sai lệch góc, theo tốc độ góc đường ngắm với điều kiện cho trước Đánh giá khả ứng dụng hai luật dẫn vừa tổng hợp; 4) Tổng hợp luật dẫn theo sai lệch góc sai lệch thẳng với quỹ đạo tham chiếu đường thẳng đường cong với điều kiện đảm bảo thuận lợi cho tự dẫn; 5) Xác định hàm quỹ đạo tham chiếu mong muốn với yêu cầu đảm bảo hướng công mong muốn khác nhau, xây dựng họ quỹ đạo mong muốn phụ thuộc vào tham số mục tiêu; 6) Giải tốn bắn đón với với tham số TL-MT, xác định tham số mong muốn có tính đến bù sai lệch độ cong quỹ đạo khử độ trượt tức thời; 22 7) Thực mô phỏng, đánh giá hiệu quả, khả ứng dụng hai luật dẫn tổng hợp (2.55) (3.63) Những đóng góp khoa học 1) Đã tổng hợp luật dẫn tên lửa “không đối không” giai đoạn bay ô-tô-nôm theo quỹ đạo tham chiếu; 2) Đã đề xuất lớp quỹ đạo tham chiếu có dạng hàm Rayleigh xây dựng thuật toán giải toán bắn đón phù hợp với quỹ đạo tên lửa chọn Kiến nghị hướng phát triển luận án 1) Để thực hóa luật dẫn tổng hợp giai đoạn bay ơ-tơ-nơm cần bố trí thiết bị xác định tham số luật dẫn máy tính khoang, hệ thống dẫn đường quán tính,…; 2) Có thể phát triển dạng quỹ đạo tham chiếu khác phù hợp với mục đích cụ thể cho lớp tên lửa khác nhau; 3) Cần tổng hợp thuật tốn ổn định vịng điều khiển để sử dụng luật dẫn đề xuất từ ứng dụng vào thực tế Các vấn đề kết nghiên cứu luận án tìm hiểu nghiêm túc cố gắng trình bày cách khoa học Tuy nhiên điều kiện thời gian lực có hạn, cịn thiếu sót Rất mong nhận đóng góp để tác giả tiếp tục hoàn thiện phát triển hướng nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn! 23 ... máy bay ta, đặc biệt tác chiến với PTTCĐK có hỏa lực mạnh Từ phân tích trên, luận án đặt toán ? ?Tổng hợp luật dẫn tên lửa không đối không giai đoạn bay ô-tô-nôm đảm bảo cơng mục tiêu có độ lệch lớn. .. pháp dẫn kết hợp Chương 2: Tổng hợp luật dẫn tên lửa giai đoạn bay ơ-tơnơm theo tham số tọa độ góc Chương 3: Tổng hợp luật dẫn tên lửa giai đoạn bay ô-tô-nôm theo sai lệch góc, sai lệch thẳng với. .. hợp luật dẫn giai đoạn bay ô-tô-nôm đảm bảo yêu cầu tác chiến đại Theo cách đặt vấn đề mục 1.4, xác định ba toán cần giải chương luận án CHƯƠNG TỔNG HỢP LUẬT DẪN TÊN LỬA TRONG GIAI ĐOẠN BAY Ô-TÔ-NÔM