Xây dựng phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển cho khí cụ bay hành trình có thiết bị dẫn đường quán tính

Xây dựng phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển cho khí cụ bay hành trình có thiết bị dẫn đường quán tính

VIEN KHOA HOC VA CONG NGHE QUAN SU

DINH VAN TUAN

XAY DUNG PHUONG PHAP TONG HOP HE THONG DIEU KHIEN CHO KHi CU BAY HANH TRINH

CO THIET BI DAN DUONG QUAN TÍNH

Chuyên ngành: Lý thuyết điều khiển và điêu khiển tối ưu

Mã số : 0602.52.60.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2009

Công trình được hoàn thành tại:

VIEN KHOA HỌC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ QUẦN SỰ

Người hướng dân khoa học:

1.PGS.TS Trần Đức Thuận

2.PGS.TS Đào Tuấn

Phản biện I: GS.TSKH Thán Ngọc Hoàn

Dai hoc dân lập Hải Phòng

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Văn Liên

Đại họcBách khoa Hà Nội

Phản biện 3: PGS.TS Lê Hùng Lân

Đại họcGiao thông Vận tải

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước

họp tại: Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự

Vào hồi: 8 giờ 30 ngày 16 tháng 3 năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- — Thư viện Quốc gia

- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

1 Trần Đức Thuận, Đinh Văn Tuân (2004), Về một thuật toán tổng

hợp lệnh điêu khiển tên lửa hành trình có thiết bị dẫn đường

quán tính, Tạp chí nghiên cứu khoa học kỹ thuật và công nghệ

quân sự Trung tâm KHKT-CNQS số 7

2 Trần Đức Thuận, Đinh Văn Tuân (2005), Vấn đề tổng hợp lệnh

cho thiết bị di động có hệ dẫn đường quán tính, Thông báo khoa học tại Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về tự động hoá, Hà nội

3 Đinh Văn Tuân, Đào Tuấn, Trần Đức Thuận (2005), Xây dựng

phương pháp xác định góc tấn và góc trượt cạnh của khí cụ bay

có hệ dẫn đường quán tính, Tạp chí nghiên cứu khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự Trung tâm KHKT-CNQS số 12

4 Trần Đức Thuận, Đinh Văn Tuân, Nguyễn Hải Long (2006), Về một thuật toán nhận dạng tham số mô hình khí cụ bay có thiết bị

dan đường quán tính, Tạp chí nghiên cứu khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự Trung tâm KHKT-CNQS số 14

5 Dinh Van Tuan, Tran Ngọc Hà, Trịnh Văn Hải, Trần Đức Thuận

(2007), Xây dựng thuật toán tổng hợp lệnh ổn định độ cao cho thiết bị bay hành trình, Tạp chí nghiên cứu khoa học kỹ thuật va công nghệ quân sự Trung tâm KHKT-CNQS số 18.

Kết quả đạt được cũng có thể áp dụng cho bài toán điều khiển khí cụ bay tự

động theo chương trình định sắn như các mục tiêu bay, phục vụ cho công

tác huấn luyện trong quân đội Đề nghị được nghiên cứu tiếp để có kết quả

của luận án phục vụ nền công nghiệp quốc phòng

2 Hướng phát triển của luận án là xây dựng các thuật toán hiệu chỉnh

thích nghi các tham số của cấu trúc lệnh điều khiển tối ưu, tức là hiệu chỉnh

K,,K„.K„ thích nghi với sự thay đổi của các ma tran A,A,,A,, nham

nâng cao chất lượng điều khiển

MỞ ĐẦU

1 Cơ sở lựa chọn đề tài nghiên cứu

Cơ sở khoa học:

- Khí cụ bay (KCB) có thiết bị dẫn đường quán tính (TBDĐQT) là chủng loại KCB hiện đại đang được nhiều nước chế tạo, nước ta cũng đang khai thác sử dụng một số chủng loại KCB có TBDĐQT mua của nước ngoài

- Phương pháp nhận dạng tham số mô hình tới nay đã được nghiên cứu

khá hoàn thiện cả về thuật toán và giải pháp công nghệ

- Phương pháp tổng hợp hệ thống bằng các nguyên lý điều khiển tự

động hiện đại ngày càng phát triển và có ứng dụng thực tế

Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu:

- Trong quân đội ta và ngành hàng không đã được trang bị TBDĐQT,

song dừng ở khía cạnh khai thác sử dụng, chưa có nghiên cứu phát triển

- Vấn đề nghiên cứu thiết kế chế tạo KCB theo mẫu là hướng đi có

tính hiệu quả cao trong quá trình xây dựng quân đội chính quy hiện đại

2 Phạm vỉ nghiên cứu của đề tài:

Tổng hợp lệnh điều khiển tối ưu bám theo độ cao, ổn định đường bay

theo hướng và ổn định kênh cren cho KCB hành trình có TBRDĐQT

Đối tượng nghiên cứu là KCB hành trình đối hải cự ly vừa

3 Mục tiêu nghiên cứu:

+ Về lý thuyết: Xây dựng phương pháp nhận dạng xác định tham số mô

hình KCB có TBDĐQT Trên cơ sở các tham số xác định sẽ tổng hợp lệnh

điều khiển cho KCB có TBRDĐQT

+ Về thực nghiệm: Kiểm chứng các thuật toán bằng các chương trình

mô phỏng số

4 Cơ sở phương pháp luận của vấn đề nghiên cứu:

Trên cơ sở lý thuyết nhận dạng và lý thuyết điều khiển tối ưu các hệ động học, xây dựng các thuật toán để tổng hợp hệ thống điều khiển khí cụ bay có thiết bị dẫn đường quán tính

Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp lý thuyết giải tích với tính toán thực

nghiệm trên máy tính.

2

Chuong 1: TONG QUAN VE CAC VAN DE XAY DUNG HE THONG

ĐIỀU KHIỂN KHÍ CỤ BAY

1.1 Tổng hợp hệ thống điều khiển KCB

1.1.1 Tình hình thiết kế chế tạo khí cụ bay

Phân tích và giới thiệu phương án thiết kế chép mẫu phần thân, vỏ, động

co KCB va xay dựng hệ thống điều khiển

1.1.2 Xây dựng hệ thống điều khiển cho KCB sản xuất theo mẫu

Xây dựng phương pháp xác định bộ tham số mô hình trên cơ sở các

thông tin từ TBDĐQT khi khai thác KCB định chép mẫu

1.2 Tổng quan về nguyên lý điều khiển KCB hành trình có thiết bị dẫn

đường quán tính

Để mô tả chuyển động của KCB cần phải lập mô hình toán học mô tả

các quá trình động lực học của đường bay và quá trình điều khiển Để xây

dựng mô hình cần định nghĩa một số hệ toạ độ

1.2.1 Các hệ toa độ thường dùng:

- Hé toa d6 mat dat c6 dinh OX, YZ,

- Hệ toa do mat dat di dong (hé toa do chudn) OX, Y,Z,

- Hé toa d6 lién két OX YZ

- Hệ toạ độ tốc độ OX,Y,Z,

- Hé toa d6 quy dao OX, Y,Z,

1.2.2 Các đại lượng và các góc đặc trưng trong chuyển động của KCB

Biểu diễn mối liên hệ giữa các hệ toạ độ qua các bộ góc: ự,ø,z,z, /đ,\,ø

và thông qua các đại lượng: X ,Y ,Z„ „,,€Ð,,„ 9, Jv,/Jv,J, V1

1.2.3 Các phương pháp điều khiển tên lửa và những vấn đê về điều

khiển tên lửa hành trình có thiết bị dẫn đường quán tính

Mô hình tổng quát mô tả vật bay gồm 16 phương trình vi phân, trong đó

có một số phương trình phi tuyến Việc có các góc ø, đ,„ làm xuất hiện các

23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luân

1 Việc thiết kế chế tạo khí cụ bay hành trình theo phương án chép mẫu của các đối tác nước ngoài đòi hỏi giải quyết nhiều vấn đề có tính khoa học

công nghệ cao mang tính liên ngành, trong đó nhiệm vụ tổng hợp hệ thống điều khiển là một trong các nhiệm vụ cơ bản

2 Trong điều kiện các góc đặc trưng của khí cụ bay (KCB) có giá trị

nhỏ và trong điều kiện góc cren được duy trì ở giá trị = Ö với vận tốc quay

ổn định nhỏ (ø), ~ 0) có thể phân mô hình mô tả quá trình điều khiển KCB thành ba kênh độc lập để phân tích và tổng hợp

3 Sử dụng phép biến đổi Z số hóa mô hình tương tự cho phép ứng dụng phương pháp toán bình phương tối thiểu để xây dựng thuật toán nhận dạng các tham số trong mô hình mô tả quá trình điều khiển góc tấn, góc trượt cạnh và góc cren trên cơ sở xử lý thông tin từ thiết bị dẫn đường quán tính

4 Luật điều khiển theo tiêu chuẩn cực tiểu hóa phiếm hàm sai số bám

và năng lượng điều khiển cho KCB theo kênh độ cao gồm ba thành phần,

thành phần phụ thuộc vào trạng thái hệ phương trình vi phân mô tả quá trình

thay đổi độ cao, thành phần bù trọng lượng và thành phần phụ thuộc vào độ cao bay mong muốn Đối với kênh điều khiển đường bay theo hướng và ổn

định góc cren chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ phương trình mô tả chúng

Sử dụng luật điều khiển tối ưu cho phép nâng cao độ chính xác bám theo quỹ đạo bay mong muốn và tiết kiệm nhiên liệu bay

Kiến nghi

1 Với khả năng kỹ thuật và công nghệ hiện nay, kết quả của luận án có thể áp dụng cho hệ thống điều khiển khí cụ bay nói chung và hệ thống điều khiển tên lửa hành trình đối hải nói riêng Cụ thể là thuật toán nhận dạng các tham số mô hình khí cụ bay, thuật toán tổng hợp lệnh điều khiển tối ưu

ma trận liên quan đến việc tổng hợp lệnh điều khiển tối ưu (việc này là

hướng phát triển của luận án)

3.5 Kết luận chương 3

Luật điều khiển PID (tỉ lệ - tích phân - vi phân) áp dụng cho giai đoạn

bay hành trình ở các tên lửa thế hệ 1 chưa đáp ứng chỉ tiêu chất lượng về độ

chính xác và tiết kiệm nhiên liệu, khó áp dụng cho việc bay hành trình cực

thấp (bay sát mặt nước, tránh sự phát hiện của đối phương) Ứng dụng lý

thuyết điều khiển tối ưu (nguyên lý cực đại Pôntriaghin) cho phép xác định

quy luật điều khiển tối ưu cho KCB hành trình bay thấp và đáp ứng yêu cầu

tiết kiệm năng lượng

I Luật điều khiển tối ưu cho KCB theo kênh độ cao gồm ba thành

phần, thành phần phụ thuộc vào trạng thái hệ phương trình vi phân mô tả

quá trình điều khiển độ cao, thành phần bù trọng lượng của bản thân KCB

và thành phần phụ thuộc vào độ cao bay mong muốn

2 Luật điều khiển tối ưu cho KCB nhằm ổn định đường bay theo hướng

gồm một thành phần, thành phần phụ thuộc vào trạng thái hệ phương trình

vi phân mô tả quá trình điều khiển độ dạt của KCB

3 Luật điều khiển tối ưu cho KCB nhằm duy trì góc cren xung quanh

giá trị 0 gồm một thành phần, thành phần phụ thuộc vào trạng thái hệ

phương trình vi phân mô tả quá trình điều khiển sự thay đổi góc cren

4 Ứng dụng phương pháp không gian trạng thái mở rộng cho phép xây

dựng phương pháp xác định ma trận hệ số K_ trong cấu trúc lệnh điều khiển

tối ưu của cả ba kênh lái KCB thay cho việc giải hệ phương trình phi tuyến

bậc hai với độ phức tạp

Những kết quả của chương 3 luận án là cơ sở phương pháp luận cho việc

tổng hợp lệnh điều khiển, một trong hai nhiệm vụ có tính học thuật khi tổng

hợp hệ thống điều khiển cho một chủng loại KCB hành trình

lực cản X„, lực nâng y., lực dạt sườn Zz Cac luc nay tác động vào tâm khối KCPB và tạo ra các mô men lực

Y

ail

A;

a

Hình 1.1 Hệ toạ độ liên kết OXYZ và hệ toạ độ t6c d6 OX, Y,Z,

A: Mat phẳng đối xứng của KCB v,: Hình chiếu của véc tơ V lên mặt phẳng A

ø : Góc tấn; ø : Góc trượt cạnh

Việc cấu trúc các cánh lái KCB để tạo ra các thành phần M wM,,M, la

bài toán phối trí khí động Hiện nay có các kiểu phối trí khí động phổ biến sau: Phối trí kiểu máy bay (hình 1.2) và kiểu chữ nhân (hình 1.3) Dù kiểu nào trong hai kiểu trên [40] đều có thể hình thức hoá quá trình điều khiển

KCB là quá trình quay ba góc ổ„,ổ„,ở, để tạo ra ba lực tham gia vào quá trình hình thành ba mô men M,,M,,M.,

Hình 1.2 Mô tả quá trình diéu khién KCB

+

Hình 1.3 Mô tả quá trình điều khiển KCB có cánh quay và kiểu "con vịt”

Khâu KCB như một đối tượng điều khiển được hình thức hoá thành 3

mô hình cơ bản gồm 3 thành phần:

- Mô hình chuyển động quay

- Mô hình thể hiện định luật Niutơn (định luật về gia tốc)

- Mô hình toán mô tả chuyển động tâm khối

Hệ thống điều khiển gồm hai bộ phận chính:

- Hệ thống dẫn là thiết bị thu thập thông tin về mục tiêu (hoặc chương

trình bay) và về bản thân KCB để xác định lượng điều khiển ,,1¿, ,,

- Khối tự động lái là thiết bị tiếp nhận các đại lượng điều khiển

u„,uyu ,u Và xác định thông tin về góc của ban thin KCB

(UY, 7,,@,,@,,@, ) để tổng hợp lệnh quay các góc lái 6,,5,,,6, -

Hệ thống điều khiển được chia ra các loại cơ bản: Điều khiển xa, điều

khiển tự dẫn và điều khiển tự lập

Đối với mỗi chủng loại KCB có thể sử dụng một hoặc kết hợp các

nguyên lý dẫn trên, trong đó nguyên lý dẫn đường quán tính là nguyên lý

dẫn hiện đại trong các phương pháp dẫn theo nguyên lý tự lập

21

2 Sau khi xác định mô hình mô tả KCB, tiến hành xây dựng thiết bị

điều khiển thể hiện việc tạo lệnh ở, ,ö„,ở,,- Thiết bị điều khiển gồm thiết bị dẫn đường quán tính, cơ cấu điện tử tạo

lệnh điều khiển và các cơ cấu máy lái thực hiện việc quay các góc ổ,„.Ổ„,Ổ,-

Thiết bị dẫn đường quán tính nên mua của các nước sản xuất hoặc tích hợp trên cơ sở mua sắm bộ phận

Cơ cấu điện tử tạo lệnh và các máy lái có thể chủ động sản xuất trên nền linh kiện điện tử, cơ điện hiện đại

Việc tạo lệnh điều khiển theo các thuật toán trình bày ở chương này có

thể dựa trên bộ tham số đã nhận dạng khi bay thử nghiệm hoặc có thể coi bộ tham số đó như những thông tin ban đầu và chúng tiếp tục được chính xác hoá trong quá trình bay Trong trường hợp này, lệnh điều khiển tối ưu trở thành tối ưu thích nghi

3 Việc tổng hợp lệnh điều khiển tối ưu được thực hiện trên luận cứ, các

ma tran A,B,C trong mo hinh (3.5), A,,B, trong m6 hinh (3.9) va

A,,B, trong m6 hinh (3.12) là các ma trận hằng các phần tử của các ma

trận trên phụ thuộc vào các hệ số khí động (như chương 2 đã trình bày) Các

hệ số khí động phụ thuộc vào tốc độ bay, hình dạng kích thước KCB và môi trường bay

Mỗi loại KCB được thiết kế sao cho tốc độ bay duy trì ở tốc độ danh

định Môi trường bay trên biển nói chung có tính đồng nhất, nên các hệ số

khí động cùng dao động xung quanh giá trị danh định Tuy nhiên ở mỗi lần bắn các giá trị này có thể khác nhau (nhưng gần giá trị danh định), xong có

thể dễ dàng nhận thấy nó là các tín hiệu gần như không đổi cho mỗi lần bắn

cụ thể Vì vậy mô hình có thể coi là tuyến tính dừng

Có thể đưa việc nhận dạng tham số (như chương hai đã trình bày) để xác

định các ma trận trên nhằm hiệu chỉnh thích nghi việc xác định K_ và các

>| Thiết bị

dẫn đường > nh ⁄É - lệnh

án tính

Hình 3.3 Cấu trúc hệ thống xử lý tạo lệnh điều khiển tối ưu ổn định

theo kênh cren 3.4 Quy trình tổng hợp hệ thống điều khiển cho KCB hành trình sản

xuất chép mẫu

Việc tổng hợp hệ thống điều khiển cho KCB hành trình sản xuất chép

mẫu gồm hai giai đoạn:

1 Quá trình xác định mô hình được tiến hành khi khai thác sử dụng

KCB định chép mẫu Việc nhận dạng các tham số mô hình đòi hỏi phải thu

tập dữ liệu về giá trị 7,W, 0,V.,V,,V, do TBDDQT cung cap

Quá trình thu thập dữ liệu có thể thực hiện theo hai cách, cách ghi đo và

nhớ vào bộ nhớ của hộp đen và cách truyền dữ liệu về trạm mặt đất qua

kênh truyền vô tuyến Việc dùng các trạm thu dữ liệu đòi hỏi có hệ thống vô

tuyến phức tạp, đắt tiền Phương án dùng hộp đen đơn giản hơn, song sẽ vất

vả khi tìm hộp đen 6 noi KCB roi

Anten phát —

⁄⁄

471

“4

/

/

Tram thu tin Thiết bị xử lý tín

vy

Hình 3.4 Cấu trúc quá trình thu thập dữ liệu phục vụ vấn đề

nhận dạng tham số mô hình

Thông tin về mục tiêu (hoặc chương trình)

—Hê thống điều khển —*Ì#———— KhâuKCB ———————>

Hình 1.4 Cấu trúc quá trình điều khiển KCB 1.2.4 Các nguyên lý điều khiển theo phương pháp tự lập Nguyên lý điều khiển theo chương trình ổn định hướng bắn đón và

quỹ đạo bay bắn đón

Là phương pháp điều khiển tự lập đơn giản nhất, áp dụng cho các tên lửa bắn mục tiêu cố định hoặc di động chậm ở cự ly ngắn, dưới 100 km

Nguyên lý dẫn đường quán tính

Nguyên lý dẫn đường quán tính dựa trên nguyên lý đo gia tốc của KCB

so với hệ toạ độ quán tính để xác định vị trí của KCB nhằm thu thập thông

tin xác định toạ độ của KCB, cung cấp cho hệ thống dẫn Trên cơ sở thông

tin về gia tốc, máy tính trên khoang KCPB sẽ tính toán xác định vị trí hiện thoi cua KCB so voi hé toa độ mặt đất

C6 hai loai TBDDQT hién duoc nghién cttu, ting dung va phat trién trén

thé gidi, dé la: TBDDQT c6 dé va TBDDQT khong dé

Dù là TBDĐQT có đế hoặc không đế, đều cấp cho hệ thống điều khiển

các thông tin sau:

- VỊ trí của tâm khối x,ñ,z của KCB so với hệ toa d6 mat đất.

- Vi tri gdc cla KCB trong không gian ự, 7, 2

- Van t6c cua KCB V V,.V,

(V, =VcosØcosM, Vi=V sin@, V, =—-Vcos@sin P)

Các thông tin trên phục vụ mục đích điều khiển, song có thể sử dụng

chúng vào việc tìm hiểu sâu về đối tượng, phục vụ nhiệm vụ tổng hợp hệ

thống điều khiển

1.5 Kết luận chương 1

1 Khí cụ bay hành trình có thiết bị dẫn đường quán tính là lớp KCBHT

còn mới ở Việt Nam Việc nghiên cứu chúng để làm chủ trong khai thác sử

dụng và từng bước tiến tới tự chủ thiết kế chế tạo là một việc làm có tính

bức thiết và có tính khoa học mang tính chuyên sâu

2 Việc thiết kế chế tạo KCBHT nói riêng, KCB nói chung theo mẫu có

sẵn của nước ngoài là hướng đi có tính cơ bản và có hiệu quả cao với những

nước có nền kinh tế chưa mạnh Từ cách đi này đặt ra hàng loạt vấn đề có

tính học thuật Một trong ba nhiệm vụ cơ bản khi chế tạo KCB theo mẫu là

nhiệm vụ tổng hợp hệ thống điều khiển Vấn đề này chưa có tác giả nào của

Việt nam đề cập đến Những nghiên cứu gần đây về KCBHT có TBDĐQT

chỉ tập trung vào các vấn đề tìm hiểu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của

KCB noi chung và các bộ phận của chúng nói riêng Vì vậy vấn đề tổng hop

hệ thống điều khiển cho KCBHT chép mẫu là một vấn đề có tính bức thiết,

có tính mới mẻ trong điều kiện Việt Nam

3 Việc tổng hợp hệ thống điều khiển đòi hỏi phải xây dựng cơ sở học

thuật, bao gồm việc xây dựng mô hình toán mô tả KCB với các tham số cần

xác định và việc xác định quy luật tác động vào các cơ cấu điều khiển của

KCB sé ché tao theo mẫu Việc vừa khai thác sử dụng vừa tìm hiểu sâu KCB

định chép mẫu là việc làm có tính hiệu quả thực tế cao Song cần phải xây

dựng phương pháp luận cho việc tìm hiểu sâu này Đây thực sự là vấn đề rất

mới ở nước ta, đòi hỏi phải có nghiên cứu chuyên sâu

Luận án sẽ đi sâu vào vấn đề ứng dụng các phương pháp điều khiển hiện

đại (lý thuyết nhận dạng xác định tham số, lý thuyết điều khiển tối ưu) để

giải quyết những vấn đề nêu trên

trong đó K,(),K,Œ)

-At ie

e K,, (2)

K,Œ) K„Œ)

19

K, =limK,„,()|limK,,(]"

—BR'B

-DQD -A Ung với mỗi giá trị 7, ma trận exp(— At) duoc tinh nhu sau:

ef? 14 (-1)At+(-l) 2 (At)! +

2I +C) » (AT)" nÌ

(3.20)

là các ma trận thành phần trong ma trận

Ñ ^-|

(3.21) Cấu trúc hệ thống xử lý thông tin tạo lệnh điều khiển, thể hiện ở các

hình sau:

& (t)

quán tính | te dinh

ga

I

Thiết bị tổng hợp

lệnh DKTU

U(ð;)

Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống xử lý tạo lệnh điều khiển tối ưu theo độ cao

Thiết bị dẫn đường quán tính

Ỷ

Thiết bị

xác định W,Ø

Thiết Bo} bì

tính

Ỷ tổng hợp

z_(t)

Hình 3.2: Cấu trúc hệ thống xử lý tạo lệnh điều khiển tối ưu

ổn định đường bay theo hướng

U.(t) =—R,'B K,,.X trong do

K,, = K,,B,.R, B,K,,—K,,A,-AcK,,-D,0,D,, K,,(T) =0

Phương pháp xác định ma tran hé so K,

Đối với 3 dang điều khiển tối ưu theo 3 kênh đều có ma tran hé s6 K,

Xác định ma trận K„ theo mô hình sau:

Với tiêu chuẩn tối ưu:

J =5 | ŒOY +URU bát —> min =5 [IDXØ(X) +URU |dt > min (3.16)

xác định hoàn toàn tương tự như với mô hình (3.5), nhận được:

Bản chất của việc tổng hợp ĐKTƯ trong bài toán ổn định tham số đầu ra

là việc đồng thời giải hai hệ phương trình vi phân:

Với điều kiện biên x(,) =0, (7) =0 Hệ (3.18), (3.19) có thể được mô tả

dưới dạng hệ phương trình vi phân tự do không có tác động đầu vào

v:-|X -|" we] Hl ,với x' =(Š là véc tơ mở rộng

~ >| e ~ [|-pep r -A r P P

4-|4 —BR `B | là ma trận đặc trưng A của hệ mở rộng

-DOD -A

Theo ly thuyét hé phuong trinh vi phan tuyén tinh vé hé tu do thi:

Nếu biết véc to X* 6 thoi diém bat ky déu c6 thé xác định nó ở mọi thời

điểm khác Sau khi tính toán và biến đối, xác định được:

Chương 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG MÔ HÌNH KHÍ CỤ BAY BA KÊNH CÓ THIẾT BỊ DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH Ở GIAI

ĐOẠN BAY HÀNH TRÌNH

2.1 Xây dựng hệ phương trình mô tả quá trình điều khiển KCB

Xem xét một dạng KCB phổ biến trong thực tế, đó là loại KCB khi bay

góc cren # và tốc độ quay xung quanh trục dọc được duy trì ở gia tri 0

(z=0,ø, =0) Ngoài ra khi bay hành trình duy trì đường bay gần bằng và

ổn định hướng bay xung quanh độ dạt bằng 0 (z=0), thì các góc

W,Ø,z,8 thường có giá trị nhỏ Với các giả thiết trên, l6 phương trình mô

tả quá trình bay được thay bằng 13 phương trình sau:

1) mv" ~ Ppz+C“ø—G 7) ah _v@

d 3) BoM -U-J 00, 9) Yow

12) @=0-a 6) ay

Nhờ duy trì góc ; ở giá trị 0, vi y, = y=0, nén dé dang nhận thấy góc

trượt cạnh không tham gia vào quá trình thay đổi góc nghiêng quỹ đạo (phương trình 1 - hệ 2.1) và ngược lại góc tấn không tham gia vào quá trình tạo góc hướng quỹ đạo Đây chính là hiện tượng phân kênh (làm cho quá

trình điều khiển độ cao và điều khiển độ dạt độc lập nhau)

2.1.1 Xây dựng mô hình mô tả quá trình điều khiển góc tấn và góc

trượt cạnh

Từ các phương trình 1, 2,12, 13 cua hé (2.1) và các giả thiết trên xây dựng được hệ phương trình mô tả quá trình điều khiển góc tấn và góc trượt

cạnh:

O+C A+ C=C, 55 +C, (2.2)

trong đó:

C.=C, me .c, =—m7s1 eX — me sr e,, Cs =— ms c,=-sr 2g

C,=C, + 5S“ m, Cy=m9SI2 sme si 2H, Cc, =m sO

Để có thể phân kênh, cần phải ổn định góc cren ở giá trị 0 Việc xây

dựng mô hình mô tả quá trình ổn định góc cren z liên quan đến các phương

trình:

dy) +, —= Ko dy

Hệ thống điều khiển theo ba kênh được mô tả như sau:

đ+C, đ+C„ư=(Œ; ðy +C,

+€, +C,8= C;,ð, 7+,y=Kõỗ,

C,

8

Hình 2.1: Cấu trúc mô hình chuyén dong quay KCB ba kênh

Như vậy để xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả quá trình điều khiển

góc tấn, góc trượt cạnh, góc cren, cần phải xác định các tham số

17

Hệ phương trình (3.11) được viết lại dưới dạng véctơ trạng thái sau:

X.=A.X,+BU, (3.12)

Ÿ.=xứ)=D X,

Trong đó: X = (X,5 3), Ũ, — Lz, Ì

Do z*()=0, tiêu chuẩn tối ưu (3.10) có thể được viết đưới dạng sau:

T

J, =s [I(0.X.70,D,X, +(U,0)) R,U, 0)|#t (3.13)

0 Trongđó: Ø,=|¿ | & =|„| D,=d.0)

3.3 Tổng hợp lệnh điều khiển tối ưu

Để xác định điều khiển tối ưu cho các kênh trên KCB có TBDĐQT,

luận án đã chứng minh 3 khẳng định:

Khẳng định 1: Luật điều khiển tối ưu cho khí cụ bay theo kênh độ cao

được thiết lập bởi mô hình (3.5) với tiêu chuẩn (3.7) có dạng:

U@)=-R `BK,X+RBg.(0+R`Bg,(@

trong đó K.,g,,g, là nghiệm của các phương trình sau:

K.—K,BR'BK,+K,A+AK,+DQD=0, K,()=0

#,Œ)=[K,BR 'B`~ A']g,0)+K ,CZ0), g,)=0

g(t) =[K,BR'B -A']g,()-DOh*(), g,Œ) =0 Khẳng định 2: Luật điều khiển tối ưu ổn định đường bay theo hướng có

dạng:

U,()=-R, B,K„X, trong đó K „là nghiệm của phương trình:

K,, =K,,B,R, |B, Ky, —Ky,A, ~A, Ky, -D, Q,D, K,,(L)=0 Khẳng định 3: Điều khiển tối ưu ổn định góc cren xung quanh giá trị 0

có dạng: