Tổng hợp bộ điều khiển ổn định độ cao của máy bay theo phương pháp lựa chọn hàm truyền chuẩn

Trên cơ sở phân tích các nhược điểm của phương pháp tổng hợp được trình bày trong một số tài liệu, bài báo lựa chọn tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định độ cao của máy bay theo phương pháp lựa chọn hàm truyền chuẩn của hệ thống kín và khảo sát các kết quả nhận được trên phần mềm Matlab Simulink. Kết quả nhận được là các hệ số truyền trong vòng điều khiển độ cao bay đảm bảo tính ổn định và chất lượng quá trình quá độ của hệ thống. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp bộ điều khiển ổn định độ cao của máy bay theo phương pháp lựa chọn hàm truyền chuẩn Nghiên cứu khoa học công nghệ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐỘ CAO CỦA MÁY BAY THEO PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN HÀM TRUYỀN CHUẨN Nguyễn Hữu Đạt1*, Trần Đức Trung2, Lê Ngọc Lân3, Nguyễn Chân Lý4, Phí Trung Kiên5 Tóm tắt: Trên cơ sở phân tích các nhược điểm của phương pháp tổng hợp được trình bày trong một số tài liệu, bài báo lựa chọn tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định độ cao của máy bay theo phương pháp lựa chọn hàm truyền chuẩn của hệ thống kín và khảo sát các kết quả nhận được trên phần mềm Matlab Simulink. Kết quả nhận được là các hệ số truyền trong vòng điều khiển độ cao bay đảm bảo tính ổn định và chất lượng quá trình quá độ của hệ thống. Từ khóa: Ổn định độ cao, Điều khiển thiết bị bay, Máy bay. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sự ổn định tâm khối của máy bay đối với hệ tọa độ dẫn đường mặt đất theo tham số độ cao H là sự ổn định theo độ cao. Thông thường máy bay được ổn định độ cao xung quanh một giá trị cho trước. Nếu độ cao cho trước là hàm của thời gian H(t)=HCT(t), thì sự ổn định này gọi là ổn định độ cao theo chương trình. Để thực hiện ổn định độ cao, trên máy bay phải xác định được sai lệch tức thời của máy bay khỏi độ cao cho trước. Khi ổn dịnh theo chương trình sai số này được xác định bởi tham số H  t   H  t   H CT  t  . Sơ đồ cấu trúc của hệ thống ổn định độ cao trực tiếp (HTOĐĐCTT) được thể hiện trên hình 1 [1]. Từ chương trình ổn định độ cao với hàm truyền K Hст  p   K HCT đưa ra tín hiệu tương tự của độ cao ổn định u Hст  K Hст H ст , tín hiệu này được so sánh với tín hiệu tương tự của độ cao đánh giá uˆ H  K H .H , được đo bởi bộ đo cao biểu diễn bởi hàm truyền K H  p   K H . Bộ tự động lái thông thường chứa bộ cộng, khâu khuếch đại và máy lái (khâu trợ dẫn), khâu khuếch đại được đặc trưng bởi hàm truyền K tdl  p   k . Khi tín hiệu vào của bộ tự động lái chỉ có thành phần sai lệch độ cao của máy bay khỏi độ cao chương trình đặt trước mà không chứa các thành phần đạo hàm của nó, thì mạch vòng điều khiển biểu diễn trên hình 1 là không ổn định, bởi vì ngoài hàm truyền cơ cấu trợ dẫn của bộ tự động lái, trong mạch vòng điều khiển có ít nhất hai khâu tích phân, được bao bởi liên hệ ngược đơn vị. Hình 1. Sơ đồ cấu trúc HTOĐĐCTT. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 42, 04 - 2016 37  Tên lửa & Thiết bị bay Phương trình vi phân liên hệ giữa độ cao thực H và độ cao chương trình HCT theo sơ đồ này được viết như sau [1]: CT    a H H  a1H   a H  a K H  p  H (1) 2 4 4 CT KH  p Trong đó a1, a2, a4 là các hệ số: a1  2d0 ; a2  02 ; a4  K tdl   p  K td  p  qBVK H  p  / TB . Từ phương trình (1) rút ra một số nhận xét: - Để ở thời điểm xác lập H=HCT, chúng ta phải có K HCT  K H ; - Phương trình (1) không có đạo hàm cấp một của H, đây là nhược điểm rất lớn của quy luật điều khiển này.  và H - Ngoài ra, các trọng số a1, a2 tương ứng ở H  là không đổi đối với kiểu máy bay cho trước. Do đó không thể thay đổi mức đóng góp các đạo hàm độ cao này trong quá trình điều khiển. Hàm truyền của bộ đo cao KH  p  KH là bộ điều chỉnh duy nhất trong vòng này, điều này rõ ràng là không đủ để ổn định vòng điều khiển. Từ những phân tích ở trên thấy rằng để HTOĐĐCTT ổn định cần phải đưa thành phần đạo hm bậc nhất theo độ cao vào trong luật điều khiển. Một trong những phương pháp hiệu quả để ổn định độ cao của máy bay là thực hiện điều khiển độ cao qua vòng ổn định góc chúc ngóc. Khi sử dụng phương pháp lựa chọn hàm truyền chuẩn để tổng hợp bộ điều khiển này [1] , việc không đưa vào tín hiệu vi phân sai lệch của độ cao sẽ làm hiệu quả tổng hợp giảm đi, đặc biệt là giảm tính tác động nhanh của hệ thống. Hình 2. Điều chỉnh độ cao thông qua vòng ổn định góc chúc ngóc. Với sơ đồ cấu trúc điều chỉnh độ cao qua vòng ổn định góc chúc ngóc được thể hiện trên hình 2 [2], tín hiệu sai lệch độ cao được đưa qua khâu có hàm truyển RH(p) để hình thành tín hiệu góc chúc ngóc đặt trước. Chất lượng và sự tác động nhanh của hệ thống được đảm bảo khi RH  p   iH 1   p  . Giá trị của iH , được lựa chọn sao cho độ dự trữ ổn định về pha nằm trong khoảng 40÷450 , và để đảm bảo độ dự trữ ổn định biên độ yêu cầu tần số cắt phải nằm trong đoạn đặc tính biên độ logarit có độ nghiêng -20db/dc. Như vậy, nếu xây dựng được một cách tương đối chính xác các đặc tính biên độ logarit và 38 N.H. Đạt, Tr.Đ. Trung, …, “Tổng hợp bộ điều khiển ổn định độ cao… hàm truyền chuẩn.” Nghiên cứu khoa học công nghệ đặc tính pha tần số của hệ thống hở thì việc xác định cấu trúc của bộ điều khiển hoàn toàn không gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, việc xây dựng các đặc tính này có khá nhiều thao tác rườm rà và tốn thời gian. Từ những phân tích ở trên thấy rằng, việc tổng hợp bộ điều khiển theo phương pháp lựa chọn hàm truyền chuẩn là trực quan và dễ dàng hơn. Bài báo sẽ lựa chọn phương pháp này để tổng hợp hệ thống ổn định độ cao qua vòng ổn định góc chúc ngóc khi đưa thêm tín hiệu vi phân sai lệch theo độ cao. 2. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐỘ CAO THEO PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN HÀM TRUYỀN CHUẨN 2.1. Hệ thống ổn định độ cao nhờ bộ đo cao và bộ tự động góc chúc ngóc (HTOĐGCN) Hệ thống ổn định độ cao nhờ bộ đo cao và tự động lái góc chúc ngóc (HTOĐGCN) ...