Tổng hợp luật dẫn tối ưu cho giai đoạn tự dẫn cuối của tên lửa có tính đến ràng buộc góc tiếp cận

Bài viết trình bày một phương pháp tổng hợp luật dẫn cho tên lửa ở giai đoạn tự dẫn cuối tấn công một mục tiêu đứng yên trên mặt đất. Luật dẫn được tổng hợp dựa trên lý thuyết điều khiển tối ưu được phát triển để đáp ứng yêu cầu tấn công mục tiêu có độ chính xác rất cao, đảm bảo tối thiểu hóa năng lượng điều khiển và ràng buộc góc tiếp cận. Các kết quả mô phỏng số được thực hiện với các tình huống tác chiến khác nhau đã chứng minh hiệu quả của luật dẫn được tổng hợp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp luật dẫn tối ưu cho giai đoạn tự dẫn cuối của tên lửa có tính đến ràng buộc góc tiếp cận Kỹ thuật máy bay & Thiết bị bay TỔNG HỢP LUẬT DẪN TỐI ƯU CHO GIAI ĐOẠN TỰ DẪN CUỐI CỦA TÊN LỬA CÓ TÍNH ĐẾN RÀNG BUỘC GÓC TIẾP CẬN Trần Văn Hải1*, Nguyễn Hoàng Linh1, Phạm Trung Dũng2, Nguyễn Ngọc Điển2 Tóm tắt: Nội dung bài báo này trình bày một phương pháp tổng hợp luật dẫn cho tên lửa ở giai đoạn tự dẫn cuối tấn công một mục tiêu đứng yên trên mặt đất. Luật dẫn được tổng hợp dựa trên lý thuyết điều khiển tối ưu được phát triển để đáp ứng yêu cầu tấn công mục tiêu có độ chính xác rất cao, đảm bảo tối thiểu hóa năng lượng điều khiển và ràng buộc góc tiếp cận. Các kết quả mô phỏng số được thực hiện với các tình huống tác chiến khác nhau đã chứng minh hiệu quả của luật dẫn được tổng hợp. Từ khóa: Tối ưu; Tên lửa; Luật dẫn; Góc tiếp cận; Độ trượt. 1. MỞ ĐẦU Trong các bài toán tổng hợp luật dẫn cho hệ thống tên lửa hiện nay, ngoài chỉ tiêu đảm bảo độ trượt đủ nhỏ thì yêu cầu về ràng buộc góc tiếp cận cũng đóng vai trò rất quan trọng. Đối với các tên lửa chống hạm và tên lửa chống tăng, việc điều khiển góc tiếp cận thích hợp ở tại điểm gặp sẽ giúp nâng cao khả năng tiêu diệt mục tiêu của đầu đạn. Luật dẫn tiếp cận tỷ lệ có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện và được sử dụng rộng rãi trong dẫn đường cho các tên lửa chiến thuật [3]. Tuy nhiên, trong một số nhiệm vụ dẫn đường, tên lửa cần phải đáp ứng ràng buộc góc tiếp cận xác định trước trong giai đoạn dẫn cuối để đánh trúng điểm yếu của mục tiêu được bọc thép hoặc có hệ thống phòng thủ tên lửa như giáp phản ứng nổ trên xe tăng thì luật dẫn tiếp cận tỷ lệ thông thường tỏ ra kém hiệu quả. Trong vài năm qua, lý thuyết điều khiển tối ưu [3–9] đã được ứng dụng thành công để giải các bài toán điều khiển góc tiếp cận bằng cách xem xét tối thiểu hóa năng lượng điều khiển. Lý thuyết này có thể cung cấp một luật dẫn thỏa mãn các ràng buộc đầu cuối và một số yêu cầu về năng lượng điều khiển cũng như biểu thức dạng giải tích và phản hồi trạng thái của luật dẫn. Tuy nhiên, các luật dẫn được đề xuất này thường yêu cầu cung cấp nhiều thông tin để lập lệnh, điều này gây khó khăn cho việc hiện thực hóa trong các ứng dụng thực tế. Trong bài báo này, nhóm tác giả đề xuất một phương pháp tổng hợp luật dẫn mới sử dụng điều khiển tối ưu động có ràng buộc trên cơ sở phương pháp thừa số Lagrange và phương trình Euler được phát triển để đáp ứng tiêu chí tấn công chính xác mục tiêu, đảm bảo tối thiểu hóa năng lượng điều khiển và ràng buộc góc tiếp cận. Luật dẫn được tổng hợp đảm bảo tính đơn giản, yêu cầu ít thông tin cung cấp để lập lệnh. 2. XÂY DỰNG BÀI TOÁN Xét chuyển động của tên lửa trong hệ tọa độ quán tính OX I YI (hình 1), T là mục tiêu và M là tên lửa. Lập hệ tọa độ tham chiếu TX RYR , bằng cách đặt gốc tọa độ tại T và quay hệ tọa độ OX I YI theo chiều kim đồng hồ một góc  f ; với  f là góc tiếp cận mong muốn. Gia tốc pháp tuyến aM vuông góc với véc tơ vận tốc VM của tên lửa. Trong hệ tọa độ OX I YI , góc nghiêng của quỹ đạo tên lửa là  M và góc đường ngắm tên lửa – mục tiêu là  . Trong hệ tọa độ TX RYR , góc nghiêng quỹ đạo  M và góc quay  đường ngắm tên lửa – mục tiêu được biểu diễn như sau: M  M  f ,     f (1) Trong hệ tọa độ tham chiếu TX RYR , ta có: 20 T. V. Hải, …, N. N. Điển, “Tổng hợp luật dẫn tối ưu … tính đến ràng buộc góc tiếp cận.” Nghiên cứu khoa học công nghệ y  VM sin  M (2)  M  a / VM M Hình 1. Mô hình chuyển động tương đối của tên lửa – mục tiêu. Giả sử tên lửa chuyển động với vận tốc không đổi, góc  M đủ nhỏ để tuyến tính hóa; Khi đó, công thức (2) có thể được biểu diễn bằng: y  VM sin  M  v (3) v  aM Trong đó: y - Thành phần của cự ly tên lửa - mục tiêu lên trục vuông góc với trục X R ; v - Thành phần của vận tốc tên lửa lên trục vuông góc với trục X R . Ngoài ra, còn có: v y y M  ,    (4) VM R VM t go Có thể được tính gần đúng cự ly tương đối giữa tên lửa và mục tiêu R bằng công thức sau R  VM t go ; Ở đây, t go  t f  t , là thời gian còn lại để tên lửa bay tới điểm gặp; t f là toàn bộ thời gian bay tự dẫn của tên lửa đến điểm gặp, khi đó : y  VM t go ( f   ) (5) v  VM ( M   f ) Biểu diễn (5) dưới dạng không gian trạng thái: x  Ax  Bu (6) Trong đó: 0 1 0 x  ( y v)T , u  aM , A 0 0 , B 1 (7)     Để thỏa mãn độ trượt cuối bằng không và góc tiếp cận cho trước là  f , khi đó, trạng thái cuối mong muốn theo hệ tọa độ tham chiếu TX RYR là:  yf  0 xf     (8) ...