Tổng hợp bộ điều khiển trượt đầu cuối tác động nhanh cho đài quan sát cơ động

Bài báo trình bày thuật toán tổng hợp bộ điều khiển cấu trúc biến đổi dựa trên kỹ thuật điều khiển trượt đầu cuối tác động nhanh FTESM-VSC cho đài quan sát cơ động nhằm loại bỏ ảnh hưởng của sự rung lắc và chuyển hướng của phương tiện cơ giới quân sự đến sự ổn định của đường ngắm của đài.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp bộ điều khiển trượt đầu cuối tác động nhanh cho đài quan sát cơ động Kỹ thuật điều khiển & Điện tử TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐẦU CUỐI TÁC ĐỘNG NHANH CHO ĐÀI QUAN SÁT CƠ ĐỘNG Vũ Quốc Huy1*, Nguyễn Quang Hùng1, Nguyễn Vũ2 Tóm tắt: Bài báo trình bày thuật toán tổng hợp bộ điều khiển cấu trúc biến đổi dựa trên kỹ thuật điều khiển trượt đầu cuối tác động nhanh FTESM-VSC cho đài quan sát cơ động nhằm loại bỏ ảnh hưởng của sự rung lắc và chuyển hướng của phương tiện cơ giới quân sự đến sự ổn định của đường ngắm của đài. Bộ điều khiển đề xuất đảm bảo cho sai lệch bám hội tụ trong thời gian hữu hạn. Sự rung lắc và chuyển hướng của phương tiện được ghi lưu trên một số tuyến đường sau đó nhúng vào Matlab để mô phỏng kiểm chứng, so sánh với bộ điều khiển trượt thích nghi truyền thống cho thấy FTESM-VSC có chất lượng tốt hơn. Từ khóa: Đài quan sát cơ động, Ổn định đường ngắm, VSC, Điều khiển trượt đầu cuối, Tác động nhanh. 1. MỞ ĐẦU Đài quan sát cơ động được hiểu là đài quan sát (ĐQS) có thể di chuyển được trong quá trình tác chiến, là một hệ thống bao gồm một cơ hệ quay/quét [2], [3], [4], [10] giống như một tay máy có 2 khớp quay trên một bệ gắn liền phương tiện chuyển động để quan sát mục tiêu bằng camera và đo cự ly từ ĐQS đến mục tiêu bằng máy đo xa la-de. Muốn ổn định đường ngắm của ĐQS, cần thiết phải tính toán để bù các dao động phát sinh khi phương tiện di chuyển. Chuyển động của phương tiện sẽ làm cho ĐQS bị lắc theo, làm đổi hướng và gây mất đường ngắm đột ngột. Thông thường các thông số về độ lắc ngang, lắc dọc đặc trưng cho dao động được đo lường trực tiếp, sau đó được xử lý, tính toán và đưa ra lượng bù cho hệ điều khiển chuyển động. Đây là phương pháp thường sử dụng đối với các loại vũ khí và các hệ thống bắt bám đặt trên xe bánh lốp. Hệ thống chỉ có duy nhất một hệ truyền động điện làm nhiệm vụ bù rung lắc và bắt bám. Đối với ĐQS cố định trên mặt đất [2], [3], [4], có thể xác định được trực tiếp các tham số chuyển động của mục tiêu (góc  MT của mục tiêu). Đối với ĐQS cơ động, hệ thống chỉ xác định được sai số bám sát thông qua công cụ xử lý ảnh động. Có nghĩa, thông qua hình ảnh mục tiêu và góc mở của camera sẽ xác định được sai số bám. Cảm biến góc đo được tọa độ góc  DQS của ĐQS trong hệ tọa độ mặt đất và công cụ xử lý ảnh động đo được độ lệch    MT   DQS . Bộ điều khiển sẽ tạo tín hiệu điều khiển sao cho   0 . Khi di chuyển, ảnh hưởng của góc hướng và góc nghiêng của sàn xe sẽ làm suy giảm chất lượng bám, thậm chí có thể làm cho hệ thống mất ổn định và mất bám. Sự rung lắc thường có tần số dao động lớn, do đó góc nghiêng của sàn xe cũng thay đổi nhanh. Vấn đề cần quan tâm là hiện tượng ngược pha chuyển động của đường ngắm so với sự thay đổi góc nghiêng và góc hướng. Một cách trực quan có thể thấy rằng để ổn định được đường ngắm ĐQS, nếu bệ đài đi xuống thì đường ngắm của đài phải đi lên; nếu phương tiện chuyển hướng sang phải thì đường ngắm của đài phải chuyển động sang trái và ngược lại. Tuy nhiên, do hệ thống luôn trong quá trình quá độ nên cần có bộ điều khiển phản ứng nhanh với sự rung lắc và chuyển hướng để triệt tiêu sai lệch bám. Một số nghiên cứu, phát triển các hệ thống tổ hợp chiến đấu tích hợp trên phương tiện cơ giới quân sự bánh lốp ở Việt Nam như [4], [6] đã từng bước giải quyết vấn đề tích hợp hỏa lực, phát hiện và bám sát mục tiêu khi phương tiện đứng tại chỗ. Thực tế, trong các nghiên cứu [4], [6] mới chỉ đưa vũ khí lên xe cơ động, chưa bù các tham số rung lắc cho chuyển động quay tầm, hướng. Trong [5] mới chỉ phát triển bộ lọc Kalman mờ để đánh giá độ cân bằng mặt phẳng sàn xe. Một số nước tiên tiến đã nghiên cứu, xây dựng các tổ hợp 54 V.Q.Huy, N.Q.Hùng, N.Vũ, “Tổng hợp bộ điều khiển… đài quan sát cơ động.” Nghiên cứu khoa học công nghệ chiến đấu đi kèm với hệ thống quan sát, định vị mục tiêu di động. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu và tích hợp hệ thống ở Việt Nam khó có thể tiếp cận được nguồn tài liệu vì sự công bố không đầy đủ hoặc chỉ đưa ra chỉ tiêu kỹ thuật. Một số nghiên cứu thực hiện trong các nước thứ ba được công bố gần đây như [7-12] cho thấy sự quan tâm về vấn đề nghiên cứu; song việc đánh giá kết quả mới chỉ dừng lại ở việc coi phương tiện chuyển động với quỹ đạo biết trước [10], nhiễu giả định trước [8], [9] hoặc mới đánh giá sự ổn định đường ngắm trên giá thử rung mà chưa xét đến sự chuyển hướng của phương tiện [9], [11]. Những đặc điểm trên cùng với nguồn tài liệu hạn chế cho thấy tính phức tạp của hệ điều khiển bám cho ĐQS cơ động. Đối tượng này cần có luật điều khiển bền vững, tác động nhanh (nhanh hơn sự rung lắc). Các phương pháp điều khiển dựa trên luật PID thực hiện trong [7], [8], [12] sẽ không mang lại chất lượng mong muốn. Một số phương pháp tổng hợp dựa trên nguyên lý trượt [9], [11], [13] cho thấy đây là một lựa chọn phù hợp để tổng hợp hệ điều khiển chất lượng cao. Bài báo trình bày luật điều khiển FTESM-VSC cấu trúc biến đổi ứng dụng kỹ thuật trượt đầu cuối nhanh [13-15] với mặt trượt cải tiến để điều khiển ĐQS cơ động; mô phỏng, so sánh kết quả với trượt mờ thích nghi trong [1] sử dụng dữ liệu góc nghiêng và góc hướng của phương tiện đo trên một số tuyến đường ở Hà Nội. 2. ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐẦU CUỐI VỚI MẶT TRƯỢT PHI TUYẾN Trong nhiều bộ điều khiển SMC thông thường, việc sử dụng mặt trượt tuyến tính (còn gọi là mặt trượt cứng) có thể làm cho quỹ đạo pha biến đổi không tốt. Trong một số nghiên cứu như [13-15], mặt trượt phi tuyến (mặt trượt mềm) được sử dụng để làm giảm sai lệch tuyệt đối. Thực tế nếu chọn sai lệch nhỏ thì thời gian quá độ kéo dài, do đó phản ứng của hệ thống và tốc độ bám sẽ không thể nhanh. Muốn tăng tính tác động nhanh phải chọn mặt trượt có độ dốc lớn và biến đổi chậm với sai lệch nhỏ. Kỹ thuật trượt đầu cuối (TSM / FTSM – Fast Terminal Sliding Mode) đã được nhiều học giả đề xuất và ứng dụ ...