Khảo sát bài toán ngược xác định các tham số động lực học của khí cụ bay có kể đến ảnh hưởng do sai số của hệ thống cảm biến vi cơ điện tử

Bài viết này xem xét bản chất thuật toán tính toán góc AHRS và một số đặc tính sai số của cảm biến vi cơ điện tử lắp đặt trên KCB được sử dụng để đo các tham số quỹ đạo (TSQĐ), từ đó, xây dựng phương pháp khảo sát ảnh hưởng của những sai số này đến kết quả giải bài toán ngược.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát bài toán ngược xác định các tham số động lực học của khí cụ bay có kể đến ảnh hưởng do sai số của hệ thống cảm biến vi cơ điện tử Tên lửa & Thiết bị bay KHẢO SÁT BÀI TOÁN NGƯỢC XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA KHÍ CỤ BAY CÓ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG DO SAI SỐ CỦA HỆ THỐNG CẢM BIẾN VI CƠ ĐIỆN TỬ Mai Duy Phương1*, Phạm Vũ Uy2 Tóm tắt: Bài toán ngược xác định các tham số động lực học (ĐLH) của khí cụ bay (KCB) từ các tham số quỹ đạo ghi lại theo thời gian thực được giải trên mô hình lý thuyết cho kết quả tương đối chính xác [1]. Tuy nhiên, trong thực tế, việc sử dụng thiết bị đo đạc luôn sinh ra những sai số. Bài báo này xem xét bản chất thuật toán tính toán góc AHRS và một số đặc tính sai số của cảm biến vi cơ điện tử lắp đặt trên KCB được sử dụng để đo các tham số quỹ đạo (TSQĐ), từ đó, xây dựng phương pháp khảo sát ảnh hưởng của những sai số này đến kết quả giải bài toán ngược. Việc xây dựng phương pháp này làm cơ sở để đánh giá mức độ tin cậy đối với kết quả đo đạc được từ thực nghiệm theo từng điều kiện chuyển động, đồng thời đưa ra những yêu cầu lựa chọn những loại cảm biến vi cơ điện tử phù hợp với những yêu cầu đo đạc các tham số quỹ đạo cho KCB. Từ khóa: Khí cụ bay, Cảm biến vi cơ điện tử, Sai số góc. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Về nguyên tắc, việc sử dụng các thiết bị đo lường để đo đạc các tham số cho đối tượng sẽ sinh ra các sai số trong kết quả phép đo. Cảm biến vi cơ điện tử là một trong những thiết bị đo lường được sử dụng để đo đạc các thành phần góc cho KCB giữa hệ tọa độ (HTĐ) liên kết và HTĐ mặt đất cục bộ. Như vậy, đối với việc đo lường các tham số quỹ đạo (TSQĐ) cho KCB thì sai số mắc phải đó là các tham số định vị vị trí gồm có 3 tham số tọa độ được xác định thông qua cảm biến khí áp cùng với bộ định vị GPS và 3 tham số góc của KCB trong không gian được xác định thông qua cảm biến vi cơ điện tử. Do phép đo đạc TSQĐ thông qua hệ thống cảm biến vi cơ điện tử tồn tại những sai số nên việc khảo sát ảnh hưởng của những sai số đó đến kết quả giải bài toán ngược trong quá trình hiệu chỉnh TSKĐ là hoàn toàn cần thiết. Xem xét hệ phương trình bài toán ngược xác định các tham số ĐLH của KCB trong không gian[1] hay còn gọi là bài toán ĐLH ngược ta thấy: - Tham số đầu vào là các TSQĐ bao gồm tọa độ của KCB trong không gian và góc giữa HTĐ liên kết của KCB so với HTĐ mặt đất cục bộ được ghi lại theo thời gian thực, nếu các tham số này không chính xác thì sẽ sinh ra sai số trong quá trình giải để xác định 6 ẩn số Xa, Ya, Za, Mx, My, Mz. - Đây là một hệ phương trình đại số bậc nhất và dễ dàng đánh giá sai số của nghiệm thông qua giá trị của các tham số đầu vào. Tuy nhiên, vấn đề ở đây đó là hệ phương trình này không thể giải một cách độc lập vì còn liên quan đến hệ phương trình lượng giác siêu việt [2]. Bản thân hệ phương trình siêu việt này cũng không thể giải bằng phương pháp giải tích để tìm nghiệm tường minh mà cần phải giải bằng phương pháp số. Do vậy, nếu sử dụng phương pháp giải tích để khảo sát sai số bài toán ngược sẽ gặp nhiều khó khăn. Khảo sát và đánh giá sai số bài toán ĐLH ngược do ảnh hưởng của sai số góc cảm biến vi cơ điện tử được thực hiện theo phương pháp sau: - Xem xét một số đặc điểm của thuật toán AHRS được sử dụng để xác định các tham số góc giữa HTĐ liên kết của KCB so với HTĐ mặt đất cục bộ; - Đặc điểm của hệ thống cảm biến vi cơ điện tử dưới tác động bởi gia tốc trong một số dạng chuyển động mà chuyển động đó sẽ sinh ra sai số tính toán; 14 M. D. Phương, P. V. Uy, “Khảo sát bài toán ngược… của hệ thống cảm biến vi cơ điện tử.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Sử dụng phương pháp số để giải bài toán ngược có kể đến các sai số góc của KCB đối với dạng chuyển động đó theo mô hình sau: Sai số Mô hình Bài toán thuận Tham số quỹ Đặc tính KCB ĐLH CĐ KCB đạo chuyển động Đánh giá kết quả bài Tham số Các dạng quỹ đạo có toán ngược dưới tác động lực sai số và giải bài toán động của sai số góc học ngược ĐLH CĐ KCB Hình 1. Mô hình khảo sát kết quả bài toán ngược dưới tác động của sai số góc. - Trong mô hình khảo sát trên, bài toán động lực học chuyển động của KCB[2] (bài toán thuận) được giải với các số liệu của một loại mô hình KCB giả định, kết quả nhận  được là các TSQĐ, đặc trưng là vector địa tốc Vk và các thành phần góc của HTĐ liên kết so với HTĐ mặt đất cục bộ, từ đó giả lập các sai số góc theo các đặc trưng đó, đồng thời giải bài toán ngược, thông qua kết quả nhận được từ bài toán ngược là các tham số động lực học. Đưa ra những nhận xét, kết luận về đặc điểm sai số kết quả giải bài toán ngược dưới tác động của các sai số đầu vào. 2. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA CỦA THUẬT TOÁN AHRS Thuật toán AHRS là một trong những thuật toán quan trọng được xây dựng để xác định các thành phần góc giữa hệ trục tọa độ liên kết so với HTĐ mặt đất cục bộ. Thuật toán này được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ thống đo đạc sử dụng cảm biến vi cơ điện tử [3]. Hiện nay, trên thị trường có nhiều hệ thống cảm biến vi cơ điện tử sử dụng thuật toán AHRS như MTi, XSensor, VN100... các hệ thống sử dụng thuật toán AHRS trở thành một giải pháp hiệu quả hơn nếu so sánh với việc sử dụng các loại con quay vi cơ có độ chính xác rất cao thông qua thuật toán tích phân thông thường [8]. Sai số tĩnh đối với các góc pitch và roll của những hệ thống cảm biến nói trên nhỏ hơn 0.5o RMS và khi kết hợp với những thiết bị GPS thì sai số động nhỏ hơn 1o RMS [9]. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sai số của hệ thống đo đạc bằng cảm biến vi cơ điện tử, một số ngu ...