Tối ưu hóa các thông số thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải bằng phương pháp Monte- carlo

Trên cơ sở phân tích các phương pháp thiết kế tối ưu, bài báo lựa chọn phương pháp tìm ngẫu nhiên Monte - Carlo để tổng hợp thiết kế tối ưu các thông số thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới âm. Đây là phương pháp tối ưu hóa thuộc nhóm bài toán quy hoạch phi tuyến và quy hoạch đa mục tiêu. Áp dụng phương pháp này, các thông số thiết kế của máy lái điện - khí sẽ được lựa chọn tối ưu một cách thuận lợi và hiệu quả theo các hàm đơn mục tiêu hoặc theo hàm đa mục tiêu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa các thông số thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải bằng phương pháp Monte- carlo Cơ học & Điều khiển thiết bị bay TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ MÁY LÁI ĐIỆN - KHÍ TÊN LỬA ĐỐI HẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE- CARLO Tăng Xuân Long*, Trịnh Hồng Anh, Hồ Xuân Vĩnh Tóm tắt: Trên cơ sở phân tích các phương pháp thiết kế tối ưu, bài báo lựa chọn phương pháp tìm ngẫu nhiên Monte - Carlo để tổng hợp thiết kế tối ưu các thông số thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới âm. Đây là phương pháp tối ưu hóa thuộc nhóm bài toán quy hoạch phi tuyến và quy hoạch đa mục tiêu. Áp dụng phương pháp này, các thông số thiết kế của máy lái điện - khí sẽ được lựa chọn tối ưu một cách thuận lợi và hiệu quả theo các hàm đơn mục tiêu hoặc theo hàm đa mục tiêu. Từ khóa: Truyền động tự động điện - khí, Máy lái điện - khí tên lửa, Tối ưu hóa tham số. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trên cơ sở khảo sát các thông số thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới âm (chiều dài thanh nam châm vĩnh cửu lm; cường độ từ trường của nam châm vĩnh cửu Hm; khe hở công tác của nam châm điện δkk; thiết diện ngang đầu thanh từ cảm So; bán kính quay thanh từ cảm Ltc; đường kính dây của nam châm điện dcd; số vòng cuộn dây của nam châm điện ncd; đường kính lỗ vòi phun dv; thiết diện hiệu dụng piston Sp) thông qua việc tích phân số mô hình toán động lực học đã xây dựng, ta xác định được miền thay đổi hợp lý của các thông số thiết kế đó cũng như các giá trị gưỡng khống chế của các chỉ tiêu chất lượng đánh giá hoạt động và hiệu quả sử dụng máy lái điện - khí (thời gian đáp ứng tín hiệu điều khiển tp; sai số bám vị trí của trục piston ε; độ quá chỉnh δ; công suất điện tiêu thụ tín hiệu điều khiển Nđk; công suất tiêu thụ nguồn khí động lực Nđl; hệ số hiệu quả sử dụng Khq). Yêu cầu của bài toán thiết kế tối ưu động lực học máy lái đặt ra là cần phải tìm một tập hợp các thông số thiết kế trong miền xác định của chúng để thỏa mãn tốt nhất một chỉ tiêu chất lượng nào đó nhưng các chỉ tiêu chất lượng còn lại phải nằm trong giới hạn cho phép (tối ưu đơn chỉ tiêu) hoặc thỏa mãn tốt nhất đồng thời các chỉ tiêu chất lượng có tính đến các trọng số ưu tiên khác nhau của mỗi chỉ tiêu (tối ưu đa chỉ tiêu). Trên cơ sở nghiên cứu các phương pháp tối ưu tham số khác nhau [2-6], bài báo lựa chọn phương pháp tối ưu Monte - Carlo. Đây là phương pháp tối ưu tham số dựa trên cơ sở tìm ngẫu nhiên giá trị các thông số cần thiết kế trong miền tồn tại của chúng thông qua một bộ thông số ngẫu nhiên phân bố đều. Ưu điểm của phương pháp này là tối ưu được đồng thời nhiều thông số (tối đa 30 thông số), tối ưu được đa chỉ tiêu và thuận lợi trong lập trình tính toán. Nhược điểm của phương pháp là khối lượng tính toán lớn. 2. XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ MÁY LÁI ĐIỆN - KHÍ THEO PHƯƠNG PHÁP MONTE - CARLO 2.1. Phát biểu bài toán Xác định tập mô hình thiết kế tối ưu x op   x1op , x2op ,..., xnop  cho phép cực trị hóa hàm mục tiêu [2]: 132 T. X. Long, Tr. H. Anh, H. X. Vĩnh, “Tối ưu hóa… phương pháp Monte-Carlo.” Nghiên cứu khoa học công nghệ e xtr f (x/ D)  f (x op ) (1) xD 0  xi*  xi  xi** , i  1, 2,3..., r với các ràng buộc: (2) f* (x)  f (x)  f** (x),   1, 2,3..., k trong đó: D - vùng tồn tại các thông số thiết kế; xi* , xi** - giới hạn dưới và giới hạn trên của thông số thiết kế thứ i; r - số lượng các thông số thiết kế cần khảo sát; f* (x) , f** (x) - giới hạn dưới và giới hạn trên của hàm chỉ tiêu chất lượng thứ  ; k - số lượng các hàm chỉ tiêu chất lượng đặt ra. 2.2. Nội dung phương pháp Dưới đây, bài báo trình bày các bước tiến hành xác định tập các mô hình thiết kế tối ưu máy lái theo từng chỉ tiêu chất lượng và theo đa chỉ tiêu chất lượng tổng hợp có tính đến trọng số ưu tiên của từng chỉ tiêu chất lượng cụ thể theo phương pháp Monte – Carlo [2, 4]. * Bước 1: Xác định vùng tồn tại các mô hình thiết kế D: a) Xác định các giá trị giới hạn trên và giới hạn dưới của các thông số thiết kế xi , xi** . Từ kết quả bài toán khảo sát phân tích động lực học máy lái, ta có [1]: * - Chiều dài thanh nam châm kích từ lm : x1  lm , m; x1*  lm min  11.103 m; x1**  lm max  15.103 m. - Cường độ từ trường của nam châm kích từ Hm: x2  H m , A / m; x2*  H m min  17500 A / m; x2**  H m max  25000 A / m. - Khe hở công tác của nam châm điện điều khiển δkk: x3   kk , m; x3*   kk min  0,175.103 m; x3**   kk max  0, 25.103 m. - Thiết diện ngang đầu thanh từ cảm So: x4  So , m 2 ; x4*  So min  13, 2.106 m 2 ; x4**  So max  18, 2.106 m 2 . - Bán kính quay thanh từ cảm Ltc: x5  Ltc , m; x5*  Ltc min  10.103 m; x5**  Ltc max  15.103 m. - Đường kính dây của nam châm điều khiển dcd: x6  dcd , m; x6*  dcd min  0,15.103 m; x6**  dcd max  0,18.103 m. - Số vòng cuộn dây của nam châm điện điều khiển ncd: x7  ncd , vg; x7*  ncd min  1500vg; x7**  ncd max  2000vg. - Đường kính lỗ vòi phun dv: x8  dv , m; x8*  dv min  1, 05.103 m; x8**  dv max  1, 2.103 m. - Thiết diện hiệu dụng piston Sp: x9  S p , m 2 ; x9*  S p min  1.103 m 2 ; x9**  S p max  1, 78.103 m 2 . b) Xác định giá trị giới hạn trên của từng chỉ tiêu chất lượng f**  x  . Cũng từ kết quả bài toán khảo sát phân tích động lực học máy lái, ta có [1]: - Thời gian quá trình quá độ đáp ứng tín hiệu điều khiển tp : ...