Tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến cho hệ truyền động bám pháo phòng không tầm thấp chịu tác động của nhiễu đột biến

Việc đưa hệ thống truyền động tự động vào điều khiển pháo sẽ nâng cao độ chính xác, độ tác động nhanh của hệ thống vũ khí, nâng cao khả năng tiêu diệt các mục tiêu bay thấp, tốc độ cao..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

Trần Ngọc Bình

TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM PHÁO PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP

CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA NHIỄU ĐỘT BIẾN

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 62 52 02 16

Hà Nội - 2018

Công trình được hoàn thành tại:

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG

Người hướng dẫn khoa học:

GS – TSKH CAO TIẾN HUỲNH PGS – TS NGUYỄN VŨ

Phản biện 1: GS – TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC

Đại học Bách khoa Hà nội Phản biện 2: PGS – TS PHẠM TRUNG DŨNG

Học viện Kỹ thuật Quân sự Phản biện 3: PGS – TS BÙI XUÂN KHOA

Học viện Phòng không - Không quân

Luận án này được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp Viện họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi …… giờ ngày …… tháng … năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại:

Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Thư viện quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong tình hình hiện nay, để nâng cao tiềm lực quân sự, hiện đại hóa

vũ khí trang bị kỹ thuật, quân đội ta vừa tiến hành mua sắm vũ khí hiện đại vừa cải tiến nâng cấp vũ khí hiện có, đồng thời nghiên cứu chế tạo mới các loại vũ khí khí tài Chủ trương này đã phát huy hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực phòng không tầm thấp

Nhằm nâng cao khả năng tiêu diệt các mục tiêu bay thấp và cực thấp, các hệ thống pháo phòng không tầm thấp đã được cải tiến, nâng cấp, chế tạo

bổ xung các hệ thống trinh sát quang điện tử và điều khiển trung tâm để hệ thống có khả năng tác chiến cả ban ngày và ban đêm Tuy nhiên chủ yếu vẫn

là bán tự động, thao tác trực tiếp trên pháo để bám sát và bắn mục tiêu bay theo chỉ thị từ trung tâm điều khiển vẫn do pháo thủ đảm nhiệm Cũng đã có nhiều nghiên cứu đi theo hướng thay thế con người bằng hệ thống truyền động tự động, nhưng chưa có kết quả hoàn chỉnh với các nghiên cứu toàn diện cho một đối tượng cụ thể

Việc đưa hệ thống truyền động tự động vào điều khiển pháo sẽ nâng cao độ chính xác, độ tác động nhanh của hệ thống vũ khí, nâng cao khả năng tiêu diệt các mục tiêu bay thấp, tốc độ cao Đặc biệt là giảm được số pháo thủ thao tác trực tiếp trên pháo sẽ giảm được thương vong khi chiến tranh xảy ra Mặt khác, muốn nâng cao khả năng cơ động, hệ thống PPK phải giảm được thời gian chuẩn bị sẵn sàng chiến đấu đồng thời đảm bảo khả năng bắn trúng mục tiêu ngay khi không có thời gian hiệu chỉnh pháo theo các phương pháp truyền thống

Chính từ những lý do nêu trên, Luận án đã đặt ra mục tiêu và nội dung nghiên cứu là:

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu xây dựng phương pháp tổng hợp

bộ điều khiển bám theo đầu vào bất định cho một lớp đối tượng cơ điện (ở đây là hệ điều khiển hỏa lực) trên nguyên lý chủ động, đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng, đáp ứng yêu cầu tiêu diệt mục tiêu bay trong chiến tranh công nghệ cao Trên cơ sở đó tổng hợp hệ thống điều khiển truyền động tự động cho pháo PPK ZU23mm-2N đáp ứng yêu cầu của thực tiễn

3 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống tự động điều khiển hỏa lực cho PPK cải tiến với hệ thống truyền động bám cơ điện đang sử dụng trong Quân đội Đối tượng cụ thể để thực thi thuật toán tổng hợp là hệ truyền động điện của PPK ZU23mm-2N cải tiến

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các phương pháp phân tích và tổng hợp hệ thống cũng như các giải pháp đảm bảo chất lượng điều khiển bám loại trừ được ảnh hưởng của nhiễu và các đặc tính phi tuyến của thiết bị trong hệ thống, đặc biệt là những nhiễu đột biến sinh ra trong lúc bắn Trên cơ sở đó luận án xây dựng một phương pháp tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến cho một lớp đối tượng cơ điện có 2 kênh điều khiển tà và phương vị ứng dụng trong bài toán điều khiển bắn đón các mục tiêu di động

5 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng mô hình toán học mô tả động học của một lớp đối tượng điều khiển

- Xây dựng thuật toán xác định giá trị đầu vào cho hệ điều khiển truyền động bám trong điều kiện đặt vũ khí phi tiêu chuẩn

- Xây dựng phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững, bù trừ

và giảm thiểu ảnh hưởng của các thành phần nhiễu tác động lên hệ thống, kể

cả nhiễu đột biến không trơn, trên cơ sở nhận dạng nhiễu phi tuyến và kỹ thuật điều khiển trượt, làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo các bộ điều khiển bám trong hệ thống cơ điện đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng theo yêu cầu

6 Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp và vận dụng các

lý thuyết điều khiển hiện đại Để kiểm chứng luận án sử dụng công cụ simulink và ứng dụng một phần kết quả nghiên cứu cho PPK Zu23mm-2N cải tiến

matlab-7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nội dung nghiên cứu của luận án làm phong phú thêm về mặt phương pháp xử lý số liệu và tổng hợp thuật toán điều khiển cho một lớp đối tượng

cơ điện điển hình Các phương pháp đề xuất và các thuật toán thu được có thể phục vụ trực tiếp cho việc tổng hợp, thiết kế chế tạo mới và cải tiến nâng cao chất lượng cho các hệ thống bám trong quân sự và trong công nghiệp Kết quả mô phỏng và ứng dụng thực tế đã chứng minh tính đúng đắn, cho thấy hiệu quả của nội dung nghiên cứu

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG BÁM

CHO MỘT LỚP ĐỐI TƯỢNG CƠ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỎA LỰC PHÁO PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP

1.1.Giới thiệu một số hệ điều khiển hỏa lực phòng không tầm thấp:

Những hệ thống pháo phòng không tầm thấp thường được trang bị hệ thống quang điện tử kết hợp với ra đa để sục xạo xác định mục tiêu, hệ thống máy tính điều khiển hỏa lực và hệ thống truyền động tự động cho thiết bị trinh sát và cho hỏa lực Các tổ hợp PPK này thường được tích hợp trên phương tiện cơ động Một số tổ hợp PPK hiện đại trên thế giới được trình bày trong luận án như: Tổ hợp PPK MANTIS (Đức); Tổ hợp PPK Porcupine

(Italia); Tổ hợp PPK RAPIDFire (Châu Âu)

Nhận xét: Các hệ thống hỏa lực phòng không tầm thấp trên thế giới

xây dựng theo xu thế này đã được giới thiệu với các tính năng ưu việt cùng với khả năng bắn chính xác tiêu diệt mục tiêu ngay từ loạt đạn đầu với độ ổn định cao Tuy nhiên phương thức điều khiển và các thuật toán điều khiển đều không được công bố

Ở trong nước, các hệ thống điều khiển hỏa lực PPK được quân đội ta nghiên cứu và phát triển từ những năm 1993 đến nay, điển hình của hệ thống này là các trận địa PPK 37mm-2N tác chiến ngày và đêm do Viện TĐH-KTQS/Viện KHCNQS thiết kế chế tạo, hiện đã được đưa vào trang bị phục

vụ sẵn sàng chiến đấu trong Quân đội [22] Hệ thống bao gồm phân hệ trinh sát trên cơ sở quang điện tử, hệ thống điều khiển hỏa lực và hệ thống pháo điều khiển trực tiếp Trong hệ thống này vũ khí chưa được tích hợp các hệ thống truyền động tự động Các hệ thống truyền động tự động sau này được đưa vào cải tiến và lắp đặt cho PPK 14,5mm-4N và PPK Zu23mm-2N Thuật toán điều khiển được xây dựng trên luật điều khiển PID Một số vũ khí khác cũng được cải tiến để đưa lên phương tiện cơ động và đưa xuống tàu hải quân, tuy nhiên chưa giải quyết hết các vấn đề điều khiển truyền động tự động bám

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác bắn trong điều khiển hỏa lực:

Từ khi viên đạn chuyển động trong nòng cho đến khi bay đến mục tiêu,

đặc biệt khi mục tiêu di động, viên đạn chịu nhiều tác động, ảnh hưởng đến

độ chính xác của nó Trong đó chủ yếu là các yếu tố liên quan đến cấu trúc vật lý, môi trường, khí tượng:

- Kết cấu của súng pháo và nền đặt bắn;

- Kết cấu của đạn;

- Ảnh hưởng của hệ chỉ thị mục tiêu;

- Ảnh hưởng của môi trường, khí tượng;

Và một số vấn đề nảy sinh như sau:

- Vấn đề nảy sinh khi điều khiển hỏa lực trên mặt phẳng nghiêng;

- Vấn đề nảy sinh khi điều khiển hỏa lực trong lúc bắn

Các vấn đề này đều phải tính đến trong quá trình tổng hợp các hệ điều khiển hỏa lực

1.3 Bài toán tự động điều khiển hỏa lực pháo phòng không tầm thấp:

1.3.1 Tổng quan phương pháp điều khiển truyền động bám:

Các hệ thống truyền động có mặt rộng rãi trong các hệ thống vũ khí khí tài Đối với vũ khí khi không có điều khiển, đòi hỏi về độ chính xác của đường ngắm thường rất cao Để đảm bảo được điều đó, đặc biệt khi mục tiêu

di động, các hệ thống vũ khí cần phải được tích hợp các hệ thống điều khiển truyền động

Các hệ thống điều khiển truyền động thường là các hệ thống bất định, chịu tác động của nhiễu và yêu cầu có chất lượng điều khiển cao, bao gồm cả

độ chính xác, độ bền vững và tác động nhanh Để đảm bảo chất lượng cho các hệ thống với đặc tính như vậy, nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện như sử dụng bộ nhận dạng thích nghi trên cơ sở mạng nơ ron xuyên tâm

để tổng hợp hệ thống điều khiển hoạt động trong chế độ trượt cho lớp đối tượng phi tuyến phụ thuộc đầu ra hoạt động trong điều kiện có nhiễu tác động; sử dụng mặt trượt cận tối ưu trong tổng hợp hệ thống tự động bám để nâng cao khả năng tác động nhanh cho hệ thống Tuy nhiên, trong thực tế một số đối tượng điều khiển có mô hình không rõ ràng đồng thời nhiễu tác động vào hệ thống còn chứa các thành phần phi tuyến bất định, với các nhiễu đột biến Việc áp dụng các kết quả đã nêu cho lớp đối tượng này là khó thực hiện

Để khắc phục những khó khăn đó một số công trình đề xuất sử dụng điều khiển bền vững và điều khiển thích nghi, trong đó nổi bật là điều khiển trượt Trong mọi trường hợp, yêu cầu chung đối với các hệ thống cần đạt

được là: Tính chính xác và tốc độ đáp ứng của hệ thống; Tính thích nghi bền vững của hệ thống; Tính ổn định của hệ thống

Cho đến nay vẫn chưa có phương pháp tổng hợp hệ thống đáp ứng đầy đủ các yêu cầu nêu trên Rõ ràng, xây dựng phương pháp tổng hợp, thiết

kế, chế tạo hệ thống tự động bám đáp ứng tối đa các yêu cầu trên thực sự là bức thiết

1.3.2 Hệ truyền động cơ điện trong điều khiển hỏa lực:

Các hệ thống vũ khí điều khiển tự động thường được sử dụng hai chuyển động chủ yếu bao gồm chuyển động quay theo góc tà (𝜀) và quay theo góc phương vị (𝛽) Bằng hai chuyển động này hệ thống sẽ điều khiển nòng pháo hướng vào một tọa độ đã định trước trong không gian Các hệ truyền động cơ điện bao gồm hộp số, động cơ, khối khuyếch đại công suất, khối điều khiển, khối đo lường, khối nhận và chuyển đổi tín hiệu đầu vào

Các hệ thống truyền động điện này là các đối tượng cơ điện, được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và phát triển [23] Các công trình này được chia thành 2 nhóm:

Nhóm thứ nhất: Các công trình đơn thuần về truyền động điện, có nghĩa

là làm sao tạo ra trên đầu trục cơ cấu chấp hành (CCCH) lượng điều khiển

mô men theo yêu cầu [22], [51], [68]

Nhóm thứ hai: Sử dụng kết quả của nhóm thứ nhất điều khiển các hệ

thống cơ học phức tạp, với tín hiệu đầu vào là mô men điều khiển cho mô hình động học được mô tả bằng phương trình Euler-Lagrange (1.1):

𝐵(𝑞)𝑞̈ + 𝐶(𝑞, 𝑞̇)𝑞̇ + 𝐺(𝑞) + 𝜙(𝑞̇) +𝑡= 𝜏 (1.1) Điều khiển các hệ cơ học với mô hình động học (1.1) đã trở thành một vấn đề được quan tâm nhiều trong thời gian gần đây Nhiều thuật toán điều khiển được đề xuất cho các hệ thống này dựa trên mô hình lý tưởng, không tính đến sự bất định của tham số mô hình, nhiễu loạn bên ngoài hay thành phần lực ma sát Ngoài ra, các thuật toán này còn dựa trên giả thiết rằng toàn

bộ biến trạng thái của hệ thống đều được biết [63], [75], [79] Trong thực tế,

vị trí thường là biến có thể dễ dàng đo được, còn các biến khác cần phải có những phương tiện đo bổ sung mà không phải khi nào cũng đo được, và kết

quả đo thường đi liền với những sai số nhất định Chính vì vậy, để ứng dụng vào một lĩnh vực cụ thể cần những nghiên cứu chuyên sâu hơn

1.4 Đặt bài toán:

Các hệ thống PPK tầm thấp là vũ khí không có điều khiển và phải bắn

mục tiêu di động Trong quá trình đạn bay, mục tiêu cũng chuyển động nên đường bắn của pháo phòng không phải là đường ngắm về phía mục tiêu và

là một đường được tính toán trong không gian, hường về một điểm trong không gian, phụ thuộc vào các tham số của mục tiêu sao cho trong khoảng

thời gian t đạn bay, đạn và mục tiêu sẽ gặp nhau tại một điểm Nếu góc trong

hệ tọa độ cầu với tâm là tâm pháo đến mục tiều là 𝛽(𝑡) và 𝛼(𝑡) thì góc của nòng pháo hay góc của đường bắn phải là 𝛽(𝑡) + 𝜑(𝑡) và 𝛼(𝑡) + 𝜀(𝑡) trong

đó 𝜑(𝑡) là góc bắn đón, 𝜀(𝑡) là góc nâng và luôn cần tính toán

Một số yêu cầu cơ bản của các hệ thống điều khiển hỏa lực PPK TT như sau:

- Phải có độ chính xác cao, bám chính xác theo tham số mục tiêu, phải

có độ tác động nhanh tốt,

- Phải có khả năng xác định nhanh các tham số đầu vào cho hệ điều khiển, đảm bảo ổn định hướng của trục nòng trong lúc bắn cũng như sau bắn ngay cả khi bệ đặt hỏa lực bị nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang

- Hệ thống phải thích nghi, bền vững, giữ được chất lượng điều khiển ngay cả trong các trường hợp tham số của hệ thống bị thay đổi

Để đáp ứng các yêu cầu nêu trên, luận án định hướng theo các nhóm nội dung học thuật trọng tâm sau đây:

1) Giảm thiểu ảnh hưởng của các đặc tính phi tuyến đến chất lượng của hệ thống bằng cách bù trừ phi tuyến

2) Xây dựng phương pháp xác định góc trục nòng pháo trong bám mục tiêu di động ngay cả trong trường hợp bệ đặt hỏa lực nghiêng

3) Xây dựng phương pháp tổng hợp hệ điều khiển bám có các yếu tố phi tuyến phức tạp, bất định, đảm bảo cho hệ thống có chất lượng cao, có độ tác động nhanh tốt, có tính kháng nhiễu cao

Kết luận chương 1:

Qua nghiên cứu tổng quan chương 1 đã nêu rõ định hướng của luận án là: Xây dựng phương pháp tính toán bù góc nghiêng cho hệ hỏa lực khi bắn; Xây dựng mô hình toán học mô tả đầy đủ động học của hệ điều khiển hỏa lực Trên cơ sở đó tổng hợp hệ thống điều khiển bám có chất lượng cao có tính đến tính phi tuyến bất định và nhiễu với yêu cầu phải đảm bảo được khả năng thích nghi, khả năng kháng nhiễu, đồng thời đảm bảo được tối ưu tác động nhanh, làm cơ sở cho việc xây dựng các hệ thống tự động điều khiển hỏa lực bắn mục tiêu di động có chất lượng cao

Chương 2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐẦU VÀO CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG BÁM TRONG HỆ

ĐIỀU KHIỂN HỎA LỰC

Để hệ truyền động có thể hoạt động với chất lượng cao, cần phải cung cấp đủ các thông tin đầu vào cho các hệ điều khiển truyền động này

2.1 Sơ lược về tính toán phần tử bắn

Khi viên đạn chuyển động trong không khí, nó chịu tác động của cả lực cản và lực trọng trường, chính vì vậy, để viên đạn bay đến một điểm định trước cần được tính toán thông qua tam giác đường đạn và tam giác bắn đón (hình 2.1)

Hình 2.1 Hình 2.3

Các góc 𝜑𝑦 và 𝜀𝑦 là góc bắn đón và góc đường đạn Việc xác định chính xác góc bắn đón mục tiêu di động của pháo cần thông qua bảng bắn cùng với cách tính phần tử bắn theo phương pháp nhích dần (hình 2.3 )

2.2 Các hệ tọa độ và chuyển hệ tọa độ

Trong các điều kiện phi tiêu chuẩn, cần định nghĩa các hệ tọa độ để chuyển đổi các tham số của điểm bắn đón tính theo đài quan sát trong hệ tọa

độ chuẩn đến các góc quay theo kênh phương vị và kênh tà của pháo

2.2.1 Hệ tọa độ chuẩn

Hệ tọa độ chuẩn (hệ tọa độ mặt đất) có tâm 𝑂 nằm ở tâm quay của pháo, trục 𝑂𝑋𝑔 hướng về phía bắc theo phương nằm ngang, trục 𝑂𝑍𝑔 hướng về phía

đông theo phương nằm ngang còn trục 𝑂𝑌𝑔 vuông góc với mặt phẳng 𝑂𝑋𝑔𝑍𝑔

và tạo với các trục 𝑂𝑋𝑔, 𝑂𝑍𝑔 một tam diện thuận (hình 2.4)

2.2.2 Hệ tọa độ đế pháo, hệ tọa độ mâm pháo và hệ tọa độ nòng pháo

2.2.2.1 Hệ tọa độ đế pháo

Hệ tọa độ đế pháo được

biểu diễn trên hình 2.4

2.2.2.2 Hệ tọa độ mâm pháo

và hệ tọa độ nòng pháo

Hệ tọa độ mâm pháo và

hệ tọa độ nòng pháo được xây

dựng để có thể xác định được

góc phương vị và góc tà của

pháo trong hệ tọa độ chuẩn

theo các góc quay theo 2 trục

của pháo

2.2.3 Góc quay giữa các hệ tọa độ

Các góc Ơle thể hiện phép quay giữa hệ tọa độ đế pháo 𝑂𝑋𝑑𝑌𝑑𝑍𝑑 so với hệ tọa độ mặt đất 𝑂𝑋𝑔𝑌𝑔𝑍𝑔 được xác định bằng các sensor gắn trên mâm pháo Góc 𝜓 là số bù của la bàn điện tử, 𝜐 và 𝜒 là giá trị góc nghiên do sensor

đo nghiêng đưa ra

Góc quay của hệ tọa độ mâm pháo 𝑂𝑋𝑚𝑌𝑚𝑍𝑚 so với hệ tọa độ đế pháo là góc của hệ truyền động phương vị, ký hiệu là 𝛽𝑝

Góc quay của hệ tọa độ nòng pháo 𝑂𝑋𝑛𝑌𝑛𝑍𝑛 so với hệ tọa độ mâm pháo 𝑂𝑋𝑚𝑌𝑚𝑍𝑚 là góc được xác định bằng cách gắn cảm biến đo góc (encoder) lên trục quay của hệ truyền động tà, ký hiệu là 𝑝

Như vậy, về mặt tổng quát, vị trí của nòng pháo trong hệ tọa độ mặt đất được xác định bằng 5 góc quay 𝑝, 𝛽𝑝, 𝜓, 𝜐, 𝜒

2.3 Xác định góc pháo trong hệ tọa độ đế pháo

2.3.1 Thuật toán bù nghiêng cho nòng pháo

Để tính toán và điều khiển chính xác cho hệ hỏa lực cần xác định và

bù trừ các thành phần do đế pháo bị nghiêng Việc sử dụng sensor đo nghiêng

và la bàn điện tử sẽ cho phép giải quyết nhiệm vụ định hướng cho đường ngắm theo phương nằm ngang, còn việc bù độ nghiêng cho các góc tà và góc

phương vị ở vị trí bất kỳ sẽ được thực hiện nhờ thuật toán bù nghiêng khi có tham số mục tiêu trong hệ tọa độ chuẩn 𝛽0 & 0 theo các thuật toán:

Thuật toán bù nghiêng được biểu diễn theo các bước như sau:

- Bước 1: Xác định các góc quay Ơle 𝜃1, 𝜃2, 𝜃3 từ các cảm biến đo nghiêng và la bàn điện tử lần lượt theo (2.5), (2.6) và (2.10);

- Bước 2: Tính 𝑇𝑑−𝑔 theo (2.2);

- Bước 3: Tính 𝑇𝑛−𝑔 theo (2.11);

- Bước 4: Tính 𝑇𝑛−𝑑 theo (2.12) có các phần tử theo (2.12a);

- Bước 5: Tính góc pháo đã bù nghiêng theo (2.12b) và (2.12c) 2.3.2 Mô phỏng thuật toán bù nghiêng và so sánh thực nghiệm

Hệ thống thực nghiệm là pháo ZU23mm-2N Việc tính toán xác định góc nghiêng của bệ pháo thông qua thuật toán bù nghiêng khi biết các góc

𝜓, 𝜒, 𝜐 ban đầu và so sánh với góc nghiêng đo được từ các đầu đo gắn trên bệ quay của pháo ZU23mm-2N Thiết bị sử dụng đo để đo góc nghiêng là loại cảm biến đo nghiêng hai trục HCA-526T có sai số  0,015 độ được gắn tại tâm quay của bệ phương vị; mô đun la bàn điện tử với sai số 0,1 độ Kết quả tính toán và thực nghiệm được trình bày trong bảng 2.1

Như vậy, bằng phương pháp bổ sung các sensor đo hướng và đo góc nghiêng cho đế pháo, sử dụng ma trận DCM để xác định các góc Ơle, việc xác định góc tà và góc phương vị của pháo khi góc của trục nòng pháo là góc cho trước trong hệ tọa độ đế pháo đã được thực hiện Điều này cho phép triển khai hệ thống điều khiển hỏa lực một cách nhanh chóng

Bảng 2.1: Bảng số liệu tính toán và thực nghiệm cho ZU23mm-2N

2.4.1 Xác định các tham số chuyển động của mục tiêu

Các tham số chuyển động của mục tiêu được xác định sau khi đo cự

ly mục tiêu và góc đường ngắm tới mục tiêu tại các thời điểm t1 và t2 [19], với giả thiết là mục tiêu bay bằng với vận tốc không đổi như biểu diễn trên hình 2.7

Hình 2.7: Sơ đồ xác định các tham số chuyển động của mục tiêu

Để hệ điều khiển pháo đạt chất lượng cao, cần xác định vận tốc góc và gia tốc góc của mục tiêu theo kênh phương vị (𝜑̇, 𝜑̈) và kênh tà (𝜀̇, 𝜀̈)

Từ (2.20):

𝜑̇ = −𝛽̇ và 𝜑̈ = −𝛽̈ (2.20a)

* Xác định vận tốc góc và gia tốc góc theo kênh phương vị:

Ta chiếu vecto tốc độ 𝜗⃗ xuống mặt phẳng 𝑥𝑂𝑧, được vecto 𝑢⃗⃗ Vì mục tiêu bay bằng nên |𝑢| = |𝜗|

Chiếu vecto 𝑢⃗⃗ lên đường vuông góc với 𝑂𝑀𝑔 được vecto 𝓋⃗⃗⃗ ta có:

Hình 2.8: Sơ đồ xác định các tham số tốc độ góc và gia tốc góc Như vậy, tốc độ góc phương vị được xác định như sau:

𝛽̇ = (|𝜗|/𝑑)𝑐𝑜𝑠𝛽 (2.22) Mặt khác 𝑑 = 𝜌 𝑐𝑜𝑠𝛽⁄ , nên (2.22) trở thành:

|𝛽|̇ = (|𝜗|/𝜌)𝑐𝑜𝑠2𝛽 (2.23) Dấu của 𝛽̇ được xác định theo hướng bay, nếu 𝜑2> 𝜑1 thì 𝛽̇ < 0; nếu

𝜑2< 𝜑1 thì 𝛽̇ > 0 Đối với trường hợp như trên hình 2.8 ta có 𝛽̇ > 0 nên:

𝛽̇ = (|𝜗|/𝜌)𝑐𝑜𝑠2𝛽 (2.24)

Từ (2.24) xác định gia tốc góc:

𝛽̈ = −|𝜗|2

𝜌 2 (𝑠𝑖𝑛2𝛽)𝛽̇ (2.26)

* Xác định vận tốc góc và gia tốc góc theo kênh tà:

Để giải bài toán này, từ 𝑀 kẻ đường thẳng 𝑀𝑏 song song với đường 𝑂𝑀𝑔 chiếu vecto vận tốc 𝜗⃗ lên đường này, ta nhận được vecto vận tốc 𝜔⃗⃗⃗

Từ 𝑀 kẻ đường 𝑀𝐶 vuông góc với 𝑂𝑀, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua OM chiếu vecto 𝜔⃗⃗⃗ lên đường 𝑀𝐶 ta được véc tơ 𝜃⃗

Đặt: