Mô hình toán học điều khiển bay của tên lửa đối hải

Có nhiều nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến chuyển động của khí cụ bay. Tuy nhiên để nghiên cứu chuyển động của tên lửa đối hải chúng ta cần phải xây dựng được mô hình toán học mô tả hóa chuyển động của tên lửa với những tham số đặc trưng riêng của chuyển động. Bài viết này trình bày về một mô hình toán học điều khiển bay của tên lửa đối hải.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình toán học điều khiển bay của tên lửa đối hải Nghiên cứu khoa học công nghệ MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐIỀU KHIỂN BAY CỦA TÊN LỬA ĐỐI HẢI Dương Phú Tuấn*, Nguyễn Tuấn Anh, Nguyễn Văn Bạch Tóm tắt: Có nhiều nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến chuyển động của khí cụ bay. Tuy nhiên để nghiên cứu chuyển động của tên lửa đối hải chúng ta cần phải xây dựng được mô hình toán học mô tả hóa chuyển động của tên lửa với những tham số đặc trưng riêng của chuyển động. Bài báo này trình bày về một mô hình toán học điều khiển bay của tên lửa đối hải. Từ khóa: Tên lửa đối hải; Khí cụ bay. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Khi nghiên cứu các quá trình điều khiển của thiết bị bay, một trong những công cụ hiện đại và quan trọng trong quá trình thiết kế chế tạo là xây dựng các mô hình toán học và phần mềm tương ứng cho phép mô phỏng một cách toàn diện chuyển động của khí cụ bay trên máy tính. Các mô hình toán học được thể hiện trên máy tính cho phép khảo sát đánh giá quá trình thiết kế chế thử, hoàn thiện khí cụ bay. 2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÔ TẢ THIẾT BỊ BAY Trong nội dung của bài báo, chúng tôi chỉ đề cập tới chuyển động của tâm khối tên lửa đối hải (TLĐH) và chuyển động của nó quanh tâm khối. Vì vậy chúng ta có thể giới hạn bài toán trong phạm vi chuyển động của vật rắn có 6 bậc tự do. Ngoài ra độ cong của bề mặt trái đất, tốc độ quay của trái đất và độ thay đổi gia tốc trọng trường ảnh hưởng đáng kể khi xét những khí cụ bay (KCB) với cự ly hoạt động lớn khoảng vài trăm km trở lên. Trong phạm vi nghiên cứu chúng tôi chỉ xét những KCB hoạt động với cự ly ngắn không quá 100km. Vì vậy có thể coi bề mặt trái đất là mặt phẳng cố định, gia tốc trọng trường không đổi, hệ tọa độ mặt đất cố định có gốc tọa độ trùng với trọng tâm của KCB khi ở thời điểm xuất phát, hệ tọa độ này cũng là hệ tọa độ quán tính. Với các giả thiết này dẫn đến sai số đáng kể khi xét KCB theo phương độ cao. Tuy nhiên đối với các TLĐH tầm gần khi ở chế độ ôtônôm các nhà thiết kế thường hiệu chỉnh độ cao bằng các nguồn thông tin bên ngoài (như thiết bị đo cao vô tuyến, đo cao khí áp hoặc thông tin từ vệ tinh GPS, …). Theo [1,2,3], với các giả thiết như trên ta có hệ phương trình mô tả KCB như sau:  dV  m  k    Fx  P cos  cos   X a  G sin  (1)  dt   d  mVk    P  sin  cos  a  cos  sin  sin  a   Ya cos  a  Za sin  a   G cos (2)  dt   d  mVk   cos  P  sin  sin  a  cos  sin  cos  a   Ya cos   Za cos  a (3)  dt   dx  Jx     M x   J z  J y   y z (4)  dt   d y  Jy     M y   J x  J z   x z (5)  dt  Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 04 - 2019 71  Công nghệ thông tin  d  J z  z    M z   J y  J x   x y (6)  dt  dx0  V cos  cos  (7) dt dy0  V sin  (8) dt dz0  V cos  sin  (9) dt d 0 1 dt    y cos   z sin  cos (10) d   y sin    z cos  (11) dt d  z  tan   y cos    z sin   (12) dt sin   sin  cos  cos   cos  cos  sin  cos   cos  sin  sin  (13) sin  cos  sin cos cos  cos   cos sin  sin  cos    sin sin  cos  sin  cos   cos cos  sin   sin sin  sin  sin  (14) sin  a cos   sin  cos  sin   cos  cos  sin  sin   cos  sin  cos  (15) dm P  (16) dt Je Hệ phương trên bao gồm 13 phương trình vi phân, 3 phương trình đại số siêu việt. Trong đó 3 phương trình đầu mô tả chuyển động tịnh tiến của khối tâm tên lửa trong hệ tọa độ dẫn đường, 3 phương trình tiếp theo mô tả chuyển động quay quanh tâm khối trong tọa độ liên kết, 9 phương trình vi phân tiếp theo mô tả các mối liên hệ động hình học của các hệ tọa độ khác nhau, phương trình cuối cùng biểu diễn sự thay đổi khối lượng của tên lửa do tiêu hao nhiên liệu. 3. MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐIỀU KHIỂN BAY CỦA TÊN LỬA ĐỐI HẢI Trong phần này, chúng tôi trình bày một số mô hình toán học cũng như các thuật toán điều khiển bay của tên lửa đối hải. Đồng thời cũng đưa ra các khảo sát chuyển động của một số mô hình. Tên lửa đối hải thường được thiết kế có ha ...