a) Nguyên lý làm việc.
Hệ ĐKĐH [37, 39] thực hiện việc điều khiển vị trí và tốc độ quay thân TBB quanh trọng tâm (quanh các trục của hệ TĐLK) trong hai chế độ: điều khiển và ổn định quỹ đạo định hướng. Thay đổi hay ổn định vị trí góc thân TBB theo phương pháp tạo lực và mômen điều khiển khí động cuối cùng đều dẫn tới việc tạo ra hay ổn định gia tốc pháp tuyến do hệ thống điều khiển quỹ đạo tạo ra. Kết quả cuối cùng là làm thay đổi hay ổn định quỹ đạo bay theo các phép so sánh tọa độ với chương trình bay định trước.
Hệ ĐKĐH thân TBBKNL cấu thành từ ba kênh điều khiển - ổn định: gật, hướng và liệng, tương ứng với ba chuyển động quay thân TBB quanh các trục hệ TĐLK. Các chuyển động quay chủ yếu được mô tả bằng các phương trình cân bằng mômen dưới tác động của các lực và các phương trình liên hệ động hình học giữa các góc trong hai hệ tọa độ vận tốc và liên kết như đã trình bày ở mục trên.
Trong hệ thống ĐKQT, sử dụng chung là khối cảm biến, gồm: bộ đo GTT theo các trục; bộ đo vận tốc góc theo các trục hệ TĐLK (tương đối so với hệ tọa độ quán tính OXqYqZq); bộ đo các tín hiệu không gian. Riêng cho mỗi kênh là thuật toán điều khiển và ổn định định hướng. Trong thực tế tồn tại hai loại hệ thống dẫn đường quán tính thường được sử dụng là hệ có đế và không đế.
Hệ thống ĐKQT có đế có đặc điểm là hầu hết các loại cảm biến (trừ cảm biến tín hiệu không gian) đều đặt trên một cơ cấu đế ổn định bằng con quay lực hoặc con quay chỉ thị 3 bậc tự do. Cơ cấu đế được ổn định theo hệ quy chiếu ban đầu (hệ tọa độ địa lý) và các sai lệch góc, vận tốc góc, sai lệch vị trí trọng tâm TBB đều được đo trực tiếp trên cơ cấu đế để hình thành tham số điều khiển (vector u).
Hệ thống ĐKQT không đế khác hẳn hệ có đế là các loại cảm biến trên khoang được đặt trực tiếp trên thân TBB, giá trị các tham số đo được bởi các cảm biến được tính toán, biến đổi nhờ các thuật toán ổn định và dẫn đường bằng máy tính trên khoang. Vị trí hệ quy chiếu ban đầu (hệ tọa độ địa lý) được đưa vào hệ thống dưới dạng các tham số ban đầu, điều kiện ban đầu của các thuật toán.
Một đặc điểm cần lưu ý trong nghiên cứu của chúng ta ở đây là chỉ quan tâm tới việc điều khiển TBBKNL bằng hệ DĐQT không đế. Thực tế hiện nay hoàn toàn cho phép ta lựa chọn hệ thống nói trên bởi: khả năng giải quyết các
bài toán đo – xử lý thông tin và điều khiển TBB phức tạp bằng máy tính số; sử dụng các loại cảm biến vi-cơ (MEMS) giá thành thấp, gọn nhẹ, chất lượng cao.
Mục đích của việc ĐKĐH là ổn định và điều khiển các góc và tốc độ góc định hướng thân TBB, mà những đại lượng này do hệ ĐKQĐ bay yêu cầu dưới dạng lệnh điều khiển, hoặc do yêu cầu về ổn định các trục hệ TĐLK dưới dạng tín hiệu hồi tiếp thông qua các cảm biến VTG. Trong quá trình làm việc, HTĐK có thể sử dụng thêm thông tin của hệ thống tín hiệu không gian.
Trong từng phương án thực tế hóa các hệ thống điều khiển, với mục đích tối thiểu hóa trang thiết bị trên khoang, giảm khối lượng kết cấu, nâng cao độ tin cậy, người ta sẽ cắt bớt số lượng những tham số cần xử lý. Như vậy, có thể hoàn toàn không cần sử dụng những tín hiệu không gian, hoặc chỉ sử dụng một phần nhỏ (ví dụ như chỉ cần đo vận tốc chuyển động V mà không cần thông tin về góc tấn công và góc trượt ). Có thể loại bỏ việc đo tất cả hay chỉ một thành phần nào đó của vector vận tốc góc hoặc góc định hướng.
Cấu trúc của một hệ ĐKĐH trong hệ ĐKQT không đế mô tả trên hình 1.3.
Khối cảm biến Đo VTG - Cảm biến x1 - Cảm biến y1 - Cảm biến z1 Đo GTT - Cảm biến Ax - Cảm biến Ay - Cảm biến Az GPS - Kinh độ (t) - Vĩ độ (t) - Độ cao H(t) Khí áp kế - Độ cao H(q) - Vận tốc bay V(t) Khối xử lý tín hiệu Lọc t/h VTG - Bộ lọc x1 - Bộ lọc y1 - Bộ lọc z1
Khối đo tọa độ góc
- Thuật toán đo
x1, y1, z1
- Thuật toán biến đổi tọa độ , , Khối tạo th/số ĐK - Thuật toán so sánh , , - Thuật toán xác định ’, ’, ’ prog prog prog Khối tạo lệnh ĐK
Thuật toán tạo lệnh - đ/kh độ cao - đ/kh hướng - đ/kh liệng Hình 1.3 Cấu trúc hệ ĐKĐH cho TBBKNL
Hệ bao gồm: Khối cảm biến; Khối xử lý tín hiệu cảm biến; Khối đo các tọa độ góc và vận tốc góc tức thời; Khối tạo tham số điều khiển và ổn định định hướng; Khối tạo lệnh và tín hiệu điều khiển; Ba kênh điều khiển gật, hướng và liệng.
c) Chức năng chính các thành phần
Khối cảm biến (chung cho cả hai hệ ĐKQĐ và ĐKĐH) gồm các loại cảm biến: bộ đo GTT ba trục (3-axis accelerometer); bộ đo VTG ba trục (3- axis velocity angulator); định vị vệ tinh GPS; bộ đo cao khí áp. Thu thập các thông tin tức thời về:
-Gia tốc dịch chuyển trọng tâm TBB theo các trục hệ TĐVT (Ax, Ay, Az); -Tốc độ quay các trục quanh trọng tâm TBB (
1 Z , 1 Y , 1 X ); -Kinh độ G, vĩ độ G, độ cao HG và thời gian t bằng GPS;
-Vận tốc V(t), độ cao bay H(t) bằng khí áp kế.
Khối xử lý tín hiệu cảm biến bao gồm các bộ lọc khử, bù trừ ảnh hưởng của nhiễu tới sai số các phép đo.
Khối đo các tọa độ góc và vận tốc góc tức thời có chức năng sử dụng các thuật toán đánh giá các tốc độ góc sau xử lý để tính toán ra các góc trên cơ sở các góc ban đầu.
Khối tạo tham số điều khiển và ổn định hướng có chức năng tính toán xác định các sai lệch góc giữa góc tức thời và góc cho trước theo chương trình bay, ngoài ra còn xác định cả tốc độ thay đổi các sai lệch góc là dữ liệu cho việc hình thành lệnh điều khiển.
Khối tạo lệnh và tín hiệu điều khiển là khối hình thành các lệnh và tín hiệu điều khiển trên cơ sở các thuật toán điều khiển và ổn định cho trước. Tín hiệu điều khiển ở đầu ra khối này sẽ được đưa tương ứng tới đầu vào ba kênh điều khiển gật, hướng và liệng.