Nghiên cứu, xây dựng thuật toán khảo sát sai số của hệ thống dẫn đường quán tính có đế với các cảm biến định hướng tự do theo phương vị

Bài báo này tập trung vào nghiên cứu, xây dựng mô hình toán và xác định các sai số của HTDĐQT có đế theo thời gian và xây dựng chương trình mô phỏng các sai số này để từ đó hiểu rõ bản chất các nhiễu tác động và đưa ra các thuật toán lọc phù hợp để loại bỏ hoặc giảm thiểu chúng nhằm nâng cao tốt nhất hoạt động của HTDĐQT.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu, xây dựng thuật toán khảo sát sai số của hệ thống dẫn đường quán tính có đế với các cảm biến định hướng tự do theo phương vị Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG THUẬT TOÁN KHẢO SÁT SAI SỐ CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH CÓ ĐẾ VỚI CÁC CẢM BIẾN ĐỊNH HƯỚNG TỰ DO THEO PHƯƠNG VỊ Lê Tuấn Anh1*, Phan Tương Lai2, Hoàng Thế Khanh1, Nguyễn Quang Vịnh1 Tóm tắt: Để tăng độ chính xác của hệ thống dẫn đường quán tính (HTDĐQT) cần thiết phải nắm rõ và xác định được mô hình các sai số tác động lên hệ thống như các sai số về vị trí, góc, vận tốc, độ trôi con quay, độ trôi gia tốc kế,...từ đó xây dựng các bộ lọc để giảm thiểu và loại bỏ sai số làm ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của hệ thống. Bài báo này tập trung vào nghiên cứu, xây dựng mô hình toán và xác định các sai số của HTDĐQT có đế theo thời gian và xây dựng chương trình mô phỏng các sai số này để từ đó hiểu rõ bản chất các nhiễu tác động và đưa ra các thuật toán lọc phù hợp để loại bỏ hoặc giảm thiểu chúng nhằm nâng cao tốt nhất hoạt động của HTDĐQT. Từ khóa: HTDĐQT - Hệ thống dẫn đường quán tính, MCH - Ma trận cosin chỉ hướng, CQOĐĐ – Con quay ổn định đế. 1. MỞ ĐẦU Hệ thống dẫn đường quán tính đóng vai trò quan trọng trong các bài toán điều khiển chuyển động theo quỹ đạo mong muốn được ứng dụng rộng khắp trong ngành công nghiệp quốc phòng và dân sự như tên lửa, máy bay, hàng hải…Việc xác định chính xác nhất tọa độ của đối tượng chuyển động trong không gian là mục tiêu của bài toán xây dựng hệ thống dẫn đường quán tính. Để xây dựng các thuật toán lọc Kalman nhằm khử các sai số phát sinh trong quá trình hệ thống hoạt động thực tế thì việc nghiên cứu bản chất toán học và xây dựng mô hình các sai số có thể ảnh hướng đến kết quả đo của HTDĐQT là thực sự cần thiết và cần được giải quyết triệt để, khoa học. Bài báo này tập trung vào xây dựng các mô hình toán học các sai số có thể ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống và sử dụng các công cụ toán học, lập trình để mô phỏng các sai số tác động lên hệ thống để từ đó nắm vững được bản chất gây ra sai số của hệ thống và lựa chọn thuật toán lọc, loại trừ nhiễu hiệu quả. 2. ĐẶT BÀI TOÁN Để xây dựng các phương trình toán học mô tả các sai số của hệ thống dẫn đường quán tính ta đưa ra các hệ tọa trục tọa độ liên quan đến các đại lượng này. Các hệ tọa độ được sử dụng trong bài báo gồm: - Hệ tọa độ địa lý cơ sở O , trục O hướng về phía đông, trục O hướng về phía bắc, trục O theo phương thẳng đứng hợp thành tam diện thuận [1,4]. - Hệ tọa độ liên kết với thân đối tượng Oxc yc zc , trục Oxc hướng theo phương vuông góc trục dọc đối tượng [4]. - Ngoài ra còn sử dụng hệ tọa độ đế Oxyz, hệ tọa độ tự do liên kết với đế theo phương vị O cc c [4]. - Vị trí liên kết hệ tọa độ đế Oxyz phải lưu vị trí của hệ tọa độ tự do theo phương vị O cc c - Vị trí góc hệ tọa độ O cc c so với hệ tọa độ O được xác định bởi góc ε thay đổi liên tục theo thời gian (xem hình vẽ 1). Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Kỷ niệm 55 năm Viện KHCNQS, 10 - 2015 73  Tên lửa & Thiết bị bay Hình 1. Các hệ tọa độ và các góc động học của hệ thống. Vị trí ban đầu của hệ tọa độ đế Oxyz trùng với hệ tọa độ Oξc ηc ζc. Vận tốc tuyệt đối chuyển động của đối tượng khi chiếu lên trục Ox ký hiệu là V1, Oy là V2; gia tốc chuyển động trên 2 trục đó là W1 và W2. Thuật toán của nghiên cứu sẽ tương ứng với sơ đồ cấu trúc HTDDQT (xem hình 3). Từ sơ đồ cấu trúc đó, ta tìm được các hình chiếu vận tốc tuyệt đối của đối tượng: t t V1   W1dt  V10 ; V2   W2 dt  V20 (1) 0 0 với V10 và V20 là các giá trị vận tốc ban đầu. Mặt khác, ta luôn có: . dV1 . dV V1   W1 ;V2  2  W2 dt dt Nếu biết trước các giá trị của vận tốc tuyệt đối V1 và V2 của chuyển động ta có thể tìm được các thành phần vận tốc theo phương bắc và đông: VE  V1 cos   V2 sin  ;VN  V1 sin   V2 cos  (2) Giả thiết thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng bằng không, Khi đó các vận tốc trên được xác định bởi hình chiếu tốc độ góc tuyệt đối đế con quay ổn định lên các trục hệ tọa độ địa lý: VN V x   ;    E (3) R2 R1 a  1  trong đó: R1   h  a  1  e 2 sin 2    h (4) 1  e sin 2  2 2  là bán kính cong trái đất theo hướng tiếp tuyến với mặt phẳng song song với mặt phẳng xích đạo. Bán kính cong chính trong mặt phẳng kinh tuyến R2 được tính theo công thức: R2  a 1  e  2  3   h  a  1  e 2  e 2 sin 2    h (5) 3/2 1  e 2 sin 2   ...