Hình 3.13 trình bày kết quả mô phỏng chuyển động của khối lùi khi bắn mục tiêu di động có các vận tốc bám khác nhau ở góc tầm 0 = 00.
Hình 3.13. Chuyển động của khối lùi khi bắn mục tiêu có các vận tốc bám khác nhau ở cùng một góc tầm
* Nhận xét:
Ở cùng một góc tầm bắn, hành trình lùi và vận tốc lùi của khối lùi có sự suy giảm khi tăng tốc độ bám. Tuy nhiên, sự suy giảm này là rất nhỏ (<0,005).
* Kết luận : Khi bắn ở cùng một góc tầm, ảnh hưởng của chuyển động tầm và
hướng pháo đến quy luật chuyển động của khối lùi là rất nhỏ, có thể bỏ qua. 3.3.5. Ảnh hưởng độ cứng lò xo đẩy lên đến chuyển động của khối lùi
Theo nguyên lý làm việc, khi khối lùi lùi, lò xo đẩy lên bị nén lại tạo ra lực cản đối với khối lùi. Hết hành trình lùi, lò xo dãn ra có xu hướng đẩy thân pháo về vị trí ban đầu. Lò xo đẩy lên được lắp đặt trên pháo luôn ở trạng thái nén. Theo thời gian sử dụng, độ cứng của lò xo sẽ giảm. Thực tế cho thấy, độ cứng của lò xo giảm làm giảm chiều dài tự nhiên của nó. Lò xo đẩy lên được
coi là đủ điều kiện làm việc khi chiều dài tự nhiên của nó nằm trong khoảng từ 530 580 mm [37].
Hình 3.14 và Bảng 3.2 trình bày kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ cứng lò xo đẩy lên đến quy luật chuyển động của khối lùi pháo.
Hình 3.14. Chuyển động khối lùi khi thay đổi của độ cứng lò xo đẩy lên Bảng 3.2. Ảnh hưởng của độ cứng lò xo đến chuyển động của khối lùi
* Nhận xét:
- Hành trình lùi lớn nhất (Xmax) của khối lùi tăng khi độ cứng của lò xo đẩy lên giảm. Xmax160165,2(mm) khi Cx thay đổi từ 2550020000(N/m).
Xmax nằm trong giới hạn lùi cho phép của PPK 37mm-2N;
- Thời gian của một chu kỳ chuyển động khối lùi (TCKL) tăng lên khi độ cứng của lò xo đẩy lên giảm. TCKL tăng sẽ làm giảm tốc độ bắn.
TCKL 0,2090,236(s) khi Cx= 2550020000(N/m).
* Kết luận: Khi độ cứng của lò xo đẩy lên giảm, hành trình lùi lớn nhất của
khối lùi tăng đồng thời làm giảm tốc độ bắn của hai thân pháo.
Như vậy, nếu hai thân pháo có độ cứng lò xo khác nhau sẽ dẫn đến hiện tượng lệch pha thời điểm phát hỏa của hai thân pháo.
3.3.6. Ảnh hưởng của sự thay đổi đường kính của vòng điều tiết máy hãm lùi đến chuyển động của khối lùi lùi đến chuyển động của khối lùi
Từ các công thức xác định các thành phần lực hãm lùi và hãm đẩy lên cho thấy các lực này phụ thuộc nhiều vào khe hở giữa vòng điều tiết và cán điều tiết. Khi máy hãm lùi làm việc, dầu chảy qua khe hở giữa vòng điều tiết và cán điều tiết với tốc độ rất lớn làm cho đường kính trong của vòng điều tiết bị mòn theo thời gian (vòng điều tiết bị mòn nhanh hơn vì có thiết diện làm việc nhỏ, làm việc liên tục). Vòng điều tiết bị mòn làm khe hở giữa vòng điều tiết và cán điều tiết tăng. Khe hở giữa vòng điều tiết và cán điều tiết được coi là đủ điều kiện làm việc phải đảm bảo ≤ 0,4mm, nếu lớn quá phải thay vòng điều tiết [37]. Để khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi của dv, ta giữ nguyên các thông số khác chỉ thay đổi đường kính trong của vòng điều tiết, chỉ thay đổi trị số độ mòn theo đường kính khảo sát. Mỗi bước khảo sát, độ mòn được lấy là 0.05mm tương ứng mỗi lần khảo sát dv tăng thêm 0.05mm.
Hình 3.15 và Bảng 3.3 trình bày kết quả khảo sát ảnh hưởng sự thay đổi đường kính trong của vòng điều tiết đến quy luật chuyển động của khối lùi pháo.
Hình 3.15. Chuyển động của khối lùi khi thay đổi đường kính vòng điều tiết Bảng 3.3. Sự thay đổi một số thông số chuyển động lùi khi thay đổi dv
* Nhận xét : Hành trình lùi, vận tốc lùi và vận tốc đẩy lên của khối lùi tăng khi tăng đường kính trong của vòng điều tiết.
3 3 160 169 5 6 19 6 362 2 06 2 237 max max L max DL X , mm; q , , (m / s); q , , (m / s)
Thời gian của một chu kỳ chuyển động khối lùi không thay đổi khi tăng đường kính trong của vòng điều tiết trong khoảng dv= [2424,15] mm.
* Kết luận: Khi tăng đường kính trong của vòng điều tiết thì hành trình lùi, vận
tốc lùi và vận tốc đẩy lên tăng nhưng không làm thay đổi tổng thời của một hành trình chuyển động của khối lùi. Như vậy, khi thay đổi đường kính trong của vòng điều tiết trong khoảng dv = [2424,15] mm không gây ra hiện tượng lệch pha thời điểm phát hỏa của hai thân pháo.
Nhận xét kết quả khảo sát
Kết quả mô phỏng cho thấy có 3 yếu tố ảnh hưởng đến quy luật chuyển động của khối lùi. Trong đó, có 01 yếu tố (góc tầm bắn) làm thay đổi thời gian của một chu kỳ phát bắn. Như vậy:
-Nếu hai thân pháo có tất cả các tham số giống nhau thì hai thân pháo bắn đồng thời ở mọi góc tầm bắn, tốc độ bắn giảm đi khi tăng góc tầm bắn.
-Nếu hai thân pháo có độ cứng của lò xo đẩy lên khác nhau, thời gian của một chu kỳ phát bắn trên hai thân pháo sẽ khác nhau dẫn đến hiện tượng lệch pha giữa hai thân pháo khi bắn liên thanh. Thời gian lệch pha của hai thân pháo có tính bất định và sẽ tích lũy trong trường hợp bắn liên thanh.
Từ kết quả khảo sát cho thấy, để để hạn chế tối đa hiện tượng lệch pha thời điểm phát hỏa của hai thân pháo, cần xem xét, kiểm tra và lựa chọn lò xo đẩy lên của hai thân pháo có tham số tương tự nhau sau mỗi lẫn bảo dưỡng, sửa chữa lớn.
3.4. Mô-men truyền động tầm và truyền động hướng pháo khi bắn liên thanh Mục 3.3 đã khảo sát ảnh hưởng của một số thống số đến chuyển động Mục 3.3 đã khảo sát ảnh hưởng của một số thống số đến chuyển động của khối lùi hai thân pháo. Qua đó đã làm rõ hơn các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng lệch pha thời điểm phát hỏa của hai thân pháo.
PPK 37mm-2N thường sử dụng chế độ bắn liên thanh đo đó có thể xảy ra hiện tượng lệch pha sau mỗi phát bắn. Hiện tượng lệch pha có thể do độ lệch thời điểm phát hỏa ở viên đạn đầu hoặc do sự khác nhau độ cứng lò xo đẩy lên của hai thân pháo. Mục này, luận án sẽ khảo sát đặc tuyến mô-men truyền động tầm và truyền động hướng của pháo khi bắn liên thanh cho hai trường hợp này. Pháo phòng không 37mm-2N có tốc độ bắn lý thuyết từ 160 180 phát/phút. Tương ứng với thời gian giữa hai phát bắn liên tiếp nằm trong khoảng 0.3330.375(s). Trong thực tế, tốc độ bắn có thể thấp hơn. Để khảo sát, luận án lấy thời gian giữa hai phát bắn liên tiếp trên cùng 1 thân pháo là 0,33(s). 3.4.1. Bắn khi có sự lệch pha thời điểm phát hỏa của hai thân pháo
Hệ thống bắn đồng bộ của cơ cấu cò PPK 37mm-2N có khả năng hiệu chỉnh đồng thời phát hỏa lần đầu cho hai thân pháo. Tuy nhiên, trong thực tế có những sai số nhất định trong việc hiệu chỉnh nên vẫn có khả năng dẫn đến hiện tượng lệch pha thời điểm phát hỏa ngay ở lần phát hỏa đầu tiên.
Độ lệch về thời gian phát hỏa của hai thân pháo có tính bất định. Tuy nhiên, theo kết quả khảo sai lệch thời điểm tống đạn được trình bày trong tài liệu [18], độ lệch thời gian phát hỏa của hai thân pháo TPH0,02(s).
Hình 3.16 và hình 3.17 trình bày kết quả mô phỏng quy luật chuyển động hai thân pháo và đặc tuyến mô-men truyền động tầm và hướng khi bắn liên thanh có thời gian lệch pha thời điểm phát hỏa của 2 thân pháoTPH =0,2(s).
Hình 3.16. Quy luật chuyển động của hai thân pháo khi bắn lệch pha q3 [m ] d q3 [m /s ]
(a) Thân pháo phải phát hỏa trước
(b) Thân pháo trái phát hỏa trước
Hình 3.17. Bắn mục tiêu cố định khi có sự lệch pha về thời gian phát hỏa
* Nhận xét :
- Kết quả mô phỏng cho thấy, mô-men truyền động tầm thay đổi nhỏ so với khi không có sự lệch pha thời điểm phát hỏa của hai thân pháo (Hình 3.8). Mô-men truyền động tầm khi thân pháo trái phát hỏa trước hay thân pháo phải phát hỏa trước là như nhau.
- Mô-men truyền động hướng thay đổi rất lớn phụ thuộc vào độ lệch về thời gian phát hỏa và thứ tự phát hỏa của hai thân pháo. Trong cả hai trường hợp khảo sát, mô-men truyền động hướng lớn nhất có giá trị uhmax ±13Nm. 3.4.2. Bắn liên thanh khi có sự khác nhau độ cứng lò xo đẩy lên của hai thân pháo.
Khi độ cứng lò xo đẩy lên của hai thân pháo khác nhau sẽ làm thời gian của một chu kỳ chuyển động của khối lùi trên hai thân pháo khác nhau có thể
U 2 T P t [ N m ] U 2 T P h [ N m ] U 2 T P t [ N m ] U 2 T P h [ N m ]
dẫn đến hiện tượng lệch pha thời điểm phát hỏa từ viên đạn thứ hai trở đi. Hình 3.18 trình bày kết quả đồ thị quy luật chuyển động của hai thân pháo và mô- men truyền động khi bắn liên thanh trong trường hợp này.
Hình 3.18. Quy luật chuyển động của khối lùi hai thân pháo khi bắn liên thanh có sự khác nhau về độ cứng lò xo đẩy lên của hai thân pháo
* Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy, sau phát bắn đầu tiên xuất hiện hiện
tượng lệch pha. Thời gian lệch pha tăng lên sau mỗi phát bắn, có thời điểm hai thân pháo bắn lệch pha hoàn toàn. Tại thời điểm này, lực tác động lên cơ hệ pháo sẽ tương tự như khi bắn một thân pháo.
Hình 3.19 trình bày kết quả mô phỏng mô-men truyền động tầm và truyền động hướng khi lò xo đẩy lên của hai thân pháo có độ cứng tương ứng là CXP =20000(N/m) ; CXT = 25500(N/m).
Hình 3.19. Mô-men truyền động khi bắn liên thanh có sự khác nhau về độ cứng lò xo đẩy lên của hai thân pháo
q3 [m ] d q3 [m /s ]
* Nhận xét :
- Mô-men truyền động tầm thay đổi trong khoảng ut -0,40,6 (Nm) khi hai thân pháo phát hỏa đồng thời.
- Mô-men truyền động hướng tăng lên sau phát bắn đầu tiên. Mô-men truyền động hướng có biên độ biến thiên lớn nhất uhmax ±13Nm tại các phát bắn có sự lệch pha hoàn toàn của hai thân pháo.
Kết luận chương 3
Trên cơ sở hệ PTVP mô tả chuyển động của cơ hệ pháo đã được thiết lập, chương 3 đã xây dựng các thuật toán số xác định quy luật chuyển động của khối lùi và giải bài toán ĐLH ngược cho cơ hệ pháo.
Các kết quả đạt được trong chương này là:
- Xây dựng thuật toán số và chương trình tính toán ĐLH ngược cơ hệ pháo trên phần mềm Matlab.
- Khảo sát ảnh hưởng của một số tham số đến quy luật chuyển động của khối lùi pháo trong quá trình bắn. Quy luật chuyển động của khối lùi pháo được khảo sát khi tính đến thành phần chuyển động tầm và hướng pháo.
- Khảo sát đặc tuyến mô-men truyền động trong các trường hợp bắn phát một và bắn liên thanh khi kể đến sự lệch pha thời điểm phát hỏa và khi có sự khác nhau độ cứng lò xo đẩy lên của hai thân pháo.
Các kết quả nghiên cứu trong chương 3 đã được NCS công bố trong các công trình nghiên cứu số 5 và 6.
Chương 4
MÔ PHỎNG SỐ VÀ THỬ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CHO PPK 37MM-2N CẢI TIẾN TRONG QUÁ TRÌNH BẮN
Chương 2 và chương 3 của luận án đã xây dựng được mô hình nghiên cứu ĐLH cơ hệ pháo và khảo sát đặc tuyến mô-men truyền động tầm và hướng pháo cho các trường hợp bắn khác nhau. Trong chương này, luận án xây dựng hệ thống điều khiển chuyển động tầm và hướng pháo trong quá trình bắn bằng luật điều khiển tính mô-men dựa trên mô hình ĐLH đã được xây dựng nhằm mục đích thử nghiệm, đánh giá tính ổn định và độ chính xác của hai chuyển động này. Các nội dung được thực hiện bằng phương pháp mô phỏng số HTĐK trên phần mềm đa năng Matlab-simulink và thử nghiệm bắn đạn thật kiểm chứng kết quả nghiên cứu.
4.1. Điều khiển chuyển động bám cho PPK 37mm-2N bằng luật điều khiển tính mô-men tính mô-men
4.1.1. Luật điều khiển tính mô-men
Luật điều khiển tính mô-men cho bài toán bám quỹ đạo có cấu trúc như sau [33], [64]:
M(q)u C(q,q)q g(q)
(4.1) u được xác định theo (dựa trên bộ điều khiển PD):
D P d u = q K e K e (4.2) trong đó: d
e = q - q là sai số bám quỹ đạo ;
d
e = q - q là sai số vận tốc bám ;
2
d
q là các vectơ vị trí quỹ đạo mong muốn ;
2 d q là vận tốc mong muốn ; 2 d
q là gia tốc của quỹ đạo mong muốn ; ,
P D
( 1 2)
Pj Dj j
K ,K tương ứng cho kênh hướng và tầm
1 2 0 0 P P P K K K , 1 2 0 0 D D D K K K Từ (4.1) và (4.2) ta có: ( D P ) d M(q)q M(q) q K e K e (4.3) ( D P ) 0 M(q) e K e K e Do M(q)0nên: e K e K e D P 0 (4.4) Đây là PTVP biểu diễn mối quan hệ sai số giữa góc hiện tại và góc mong muốn. K KP, Dlà các tham số có thể được điều chỉnh để tác động đến đáp ứng của hệ thống. Với KPj 0, KDj 0, sai số bám sẽ dần đến 0 khi t.
Sử dụng lý thuyết ổn định Liapunov để kiểm tra tính ổn định của hệ thống: - Hàm Liapunov được chọn như sau:
1 1
2 2
T T
P
V e e e K e (4.5) - Lấy vi phân cả 2 vế của phương trình trên ta được:
( )
T T T T T
P D P P D
V e e e K e e K e K e e K e e K e (4.6) với K KP, Dxác định dương ta thấy:
+ V 0, e 0; + V 0 e 0
+ T 0,
D
V e K e e
Từ 3 điều kiện trên, với KPj 0, KDj 0 (j 1 2), theo lý thuyết ổn định Liapunov hệ ổn định. Phương trình (4.4) có dạng: ej 2 j jej 2je0 (j 1 2) (4.7) trong đó: ; 2 Dj j Pj j Pj K K K (4.8)
Phương trình này có dạng của một hệ dao động tự do bậc 2 có cản với j là tần số dao động, j là hệ số tắt (hay hệ số suy giảm).
Thời gian quá độ:
4 qd j j t (4.9) Độ vọt lố: 2 exp( ).100% 1 j j POT (4.10)
Tùy theo yêu cầu điều khiển, ta lựa chọn thời gian quá độ tqdvà độ vọt lố POT, từ đó xác định được các hệ số j, j. Theo (4.8) ta xác định được các hệ số:
2; 2
Pj j Dj j j
K K
(4. 11) Khi j càng lớn, dao động suy giảm càng nhanh. Thông thường ta chọn hệ số j1tương ứng với hệ dao động tự do bậc 2 có cản là hệ cản tới hạn, chuyển động của hệ là tắt dần và không dao động.
Tần sốj càng lớn, tốc độ đáp ứng của hệ thống càng cao; j được chọn dựa trên các đặc trưng của hệ thống, yêu cầu về điều khiển (thời gian quá độ, độ vọt lố…).
Sơ đồ nguyên lý của HTĐK được xây dựng như Hình 4.1:
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển bằng luật điều khiển tính mô-men 4.1.2. Mô phỏng số hệ thống điều khiển chuyển động cho pháo