Phân tích động học hệ ổn định đường ngắm

Các hệ thống ổn định đường ngắm được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ra đa, anten vệ tinh và các hệ thống ngắm bắn trên các phượng tiện cơ động. Việc xây dựng hệ thống ổn định đường ngắm cần dựa trên động học của hệ thống. Bài viết đề cập đến việc xây dựng các phương trình hình học và động học cho hệ thống ổn định đường ngắm 3 trục làm cơ sở tổng hợp hệ thống điều khiển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích động học hệ ổn định đường ngắm Kỹ thuật điện tử PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC HỆ ỔN ĐỊNH ĐƯỜNG NGẮM Vũ Minh Khiêm1*, Nguyễn Vũ2, Lê Văn Phúc1 Tóm tắt: Các hệ thống ổn định đường ngắm được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ra đa, anten vệ tinh và các hệ thống ngắm bắn trên các phượng tiện cơ động. Việc xây dựng hệ thống ổn định đường ngắm cần dựa trên động học của hệ thống. Báo cáo đề cập đến việc xây dựng các phương trình hình học và động học cho hệ thống ổn định đường ngắm 3 trục làm cơ sở tổng hợp hệ thống điều khiển.Từ khóa: Ổn định đường ngắm; Động học hệ gimbal; Mô hình động học 2D hệ gimbal. 1. MỞ ĐẦU Trong các hệ thống trinh sát, phát hiện mục tiêu, điều khiển hỏa lực hay thôngtin vệ tinh trên các phương tiện cơ động, hệ thống ổn định đường ngắm cho phépquan sát, bám sát mục tiêu cũng như tiêu diệt mục tiêu từ cự ly xa [1], hay đảm bảochất lượng cho các hệ thống rada, laser hay thông tin vệ tinh [2]. Để điều khiển vàổn định đường ngắm cho các hệ thống quang học, một vài dạng gimbal tích hợpcùng các cảm biến quán tính được đề xuất [3]. Để thực hiện chức năng ổn địnhđường ngắm, thông thường hệ thống với gimbal 2 trục được sử dụng, trong đó, cáccảm biến quán tính được đặt trong gimbal bên trong. Hai cảm biến tốc độ gyrođược đặt trong gimbal để đo tốc độ góc của gimbal, cũng là tốc độ góc của đườngngắm trong không gian quán tính. Tín hiệu ra của gyro này được sử dụng để ổnđịnh đường ngắm. Đây là phương pháp thông dụng và tiện lợi, nhưng do hạn chếvề không gian nên các cảm biến gyro đo tốc độ góc bố trí trên gimbal thường làloại nhỏ, độ chính xác không cao. Để nâng cao chất lượng điều khiển, có thể tríchtín hiệu từ các hệ thống dẫn đường độ chính xác cao, hay các cảm biến gyro có độchính xác cao đặt trên phương tiện cơ động. Dưới đây sẽ trình bày động hình họccủa gimbal và phương pháp lấy tín hiệu từ cảm biến đặt trên phương tiện cơ độngđể điều khiển gimbal bảo đảm ổn định đường ngắm. 2. ĐỘNG HÌNH HỌC CỦA HỆ GIMBAL Xem xét động hình học của hệ gimbal 2 trục, 1 trục hướng và 1 trục tầm. Đểtính toán động hình học cho hệ gimbal này, dưới đây sẽ sử dụng hệ tọa độ sau: Hệtọa độ quán tính I, hệ tọa độ gắn liền B, là hệ tọa độ gắn liền với phương tiện mangmà đế của bệ gimbal gắn chặt lên. Vì hệ gimbal có 2 trục nên dưới đây sẽ gọi là hệpan-tilt. Hệ tọa độ Y gắn liền với trục phương vị và hệ tọa độ P gắn liền với trục tầmcủa hệ Pan-Tilt. Các hệ tọa độ liên kết với nhau như sau: Hệ tọa độ Y nhận đượcbằng cách quay hệ tọa độ B một góc β xung quanh trục Y (trục đứng), hệ tọa độP nhận được bằng cách quay hệ tọa độ Y 1 góc ε quanh trục Z, hướng cần ổnđịnh là trục OX. Các ma trận quay tương ứng với các hệ tọa độ và các phép quay trên như sau: C 0  S    CBY   0 1 0  (1)  S 0 C   98 V. M. Khiêm, N. Vũ, L. V. Phúc, “Phân tích động học hệ ổn định đường ngắm.”Nghiên cứu khoa học công nghệ  C S 0 C    S P Y C 0  (2)  0 0 1  Trong đó, C , S , C ,S ký hiệu thứ tự là cos ,sin ,cos ,sin  ; CBY , CYP là matrận quay từ hệ tọa độ B sang hệ tọa độ Y, và từ hệ tọa độ Y sang hệ tọa độ P. Trong bài toán ổn định thì các góc Ơle của hệ tọa độ B so với hệ tọa độ I khôngcần đưa vào. Tuy nhiên, các góc này phải đưa vào trong bài toán định vị. Giả sử trên phương tiện mang có các cảm biến gyro và đo được tốc độ góc củacác trục của hệ tọa độ B so với hệ tọa độ quán tính I. BIB   p q r  T (3) Ở đây, BIB là tốc độ góc quay quán tính của hệ tọa độ B đo bởi hệ cảm biếnquán tính gắn liền với hệ tọa độ B; p, q, r thứ tự là tốc độ góc của các trục x,y,z Tốc độ góc quán tính của hệ tọa độ Y đặt trong chính hệ đó ( YIY ) được xác địnhnhư sau: YIY  YIB  YBY (4) Ở đó, YIB là tốc độ góc quán tính của hệ tọa độ B được đặt trong hệ tọa độ Y,YBY là tốc độ góc của hệ tọa độ Y so với hệ tọa độ B và được đặt trong hệ tọa độ Y. Như vậy, ta có được:  pC  rS    ...