Tổng hợp luật dẫn tối ưu tên lửa đảm bảo độ trượt đủ nhỏ có tính đến tổn hao năng lượng trong quá trình điều khiển

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu tổng hợp luật dẫn tối ưu tên lửa trên cơ sở ứng dụng lý thuyết trò chơi vi phân. Luật dẫn tối ưu này đảm bảo độ trượt tại điểm gặp đủ nhỏ và có tính đến tổn hao năng lượng trong quá trình điều khiển. Tiến hành mô phỏng đánh giá hiệu quả của luật dẫn đề xuất với luật dẫn tối ưu [9] trên phần mềm Matlab Simulink.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp luật dẫn tối ưu tên lửa đảm bảo độ trượt đủ nhỏ có tính đến tổn hao năng lượng trong quá trình điều khiển Tên lửa & Thiết bị bay TỔNG HỢP LUẬT DẪN TỐI ƯU TÊN LỬA ĐẢM BẢO ĐỘ TRƯỢT ĐỦ NHỎ CÓ TÍNH ĐẾN TỔN HAO NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Phạm Trung Dũng1, Nguyễn Trọng Hà2*, Đỗ Nam Thắng 3 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tổng hợp luật dẫn tối ưu tên lửa trên cơ sở ứng dụng lý thuyết trò chơi vi phân. Luật dẫn tối ưu này đảm bảo độ trượt tại điểm gặp đủ nhỏ và có tính đến tổn hao năng lượng trong quá trình điều khiển. Tiến hành mô phỏng đánh giá hiệu quả của luật dẫn đề xuất với luật dẫn tối ưu [9] trên phần mềm Matlab Simulink. So sánh các kết quả mô phỏng đã chứng tỏ, luật dẫn mới này có thể giảm độ trượt tại điểm gặp khi mục tiêu cơ động với cường độ lớn (9g) là khoảng 2,267m trong khi luật dẫn tối ưu có thể không tiêu diệt được mục tiêu (độ trượt tại điểm gặp khoảng 53.69m). Với luật dẫn đề xuất, quá tải tên lửa giảm từ 22% đến 46% so với quá tải tên lửa sử dụng luật dẫn tối ưu trong cùng một điều kiện mô phỏng. Tõ khãa: Tên lửa; Luật dẫn; Tối ưu; Trò chơi vi phân; Độ trượt. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Độ trượt là một trong những chỉ tiêu quan trọng cần được tính đến trước tiên trong tổng hợp luật dẫn tên lửa (TL). Để đảm bảo dẫn TL đến tiêu diệt được mục tiêu (MT) đòi hỏi độ trượt phải đủ nhỏ trong mọi tình huống MT cơ động. Lý thuyết trò chơi vi phân xuất hiện vào những năm 60 của thế kỷ trước do nhu cầu nghiên cứu các đối tượng có điều khiển trong tình huống đối lập nhau mà chuyển động của chúng được mô ta qua hệ thống các phương trình vi phân. Trong lý thuyết trò chơi vi phân, những nghiên cứu về quá trình “đuổi bắt-lẩn trốn” của các đối tượng có điều khiển chiếm một vị trí quan trọng. Việc ứng dụng lý thuyết trò chơi vi phân cho phép hạn chế được một số các giả định khi tổng hợp các luật dẫn tối ưu, đảm bảo các luật dẫn được tổng hợp mới có tính thực tế hơn. Những năm gần đây, trên thế giới đã có những nghiên cứu tổng hợp luật dẫn tên lửa trên cơ sở ứng dụng lý thuyết trò chơi vi. Trong tài liệu tham khảo [5] Battistini, S. Shima, T. tổng hợp luật dẫn trò chơi vi phân theo góc hướng tên lửa và mục tiêu. Luật dẫn mới này giúp cải thiện khả năng tiêu diệt mục tiêu trong vùng tiêu diệt đã xác định trước. Trong tài liệu [7], các tác giả đã tổng hợp một luật dẫn trò chơi vi phân với việc lựa chọn hàm chỉ tiêu chất lượng là các thành phần vận tốc tương đối giữa tên lửa và mục tiêu. Các kết quả mô phỏng trong bài báo đã chứng tỏ được sự cải thiện tham số độ trượt tại điểm gặp. Oshman, Y. and Rad, D.A. [8], đã đề xuất luật dẫn trò chơi vi phân mới, trong đó thông tin về tư thế của mục tiêu được xác định qua xử lý ảnh. Do sử dụng bộ tọa độ xử lý ảnh nên có thể giảm vùng dự đoán gia tốc chuyển động của mục tiêu. Điều này làm đơn giản quá trình tính toán và tăng độ chính xác dẫn. Đặc điểm chung của các công trình này là tổng hợp luật dẫn trò chơi vi phân đảm bảo độ trượt nhỏ nhất, hàm chỉ tiêu chất lượng có dạng J  y t g  mà chưa tính đến tổn hao năng lượng trong quá trình điều khiển tên lửa. Trong thực tế, mục tiêu cơ động ngẫu nhiên và cơ động với cường độ cao thì vấn đề tiết kiệm năng lượng cũng cần phải được tính đến. Việc tổng hợp luật dẫn theo hướng này hiện chưa có công bố công khai ở trong và ngoài nước. 2. TỔNG HỢP LUẬT DẪN TRÒ CHƠI VI PHÂN Các luật dẫn tối ưu thường được tổng hợp với các giả thiết các mô hình mục tiêu như: MT không cơ động hoặc thông tin đầy đủ về sự cơ động trong tương lai của MT [3,9]. 18 P. T. Dũng, N. T. Hà, Đ. N. Thắng, “Tổng hợp luật dẫn tối ưu… quá trình điều khiển.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Như vậy, các luật dẫn tối ưu này không sát với điều kiện thực tế vì không tính đến khả năng phản kháng của MT. Luật dẫn trò chơi vi phân được xây dựng khi không có giả định về chuyển động tương lai của MT mà thay vào đó là xem xét các khả năng cơ động (đối kháng) của MT. Điều này có thể giải thích rõ hơn trên hình 1. Hình 1. Quá trình “đuổi bắt - lẩn trốn” Hình 2. Quỹ đạo TL, MT của TL và MT. trong không gian. Quá trình “đuổi bắt-lẩn trốn” của TL và MT diễn ra như sau: Luật dẫn trò chơi vi phân cố gắng đưa TL tới vùng mà TL có thể tiêu diệt MT với độ trượt nhỏ nhất, vùng đó là đường tròn có bán kính rTL. Trong khi đó, MT thực hiện các chiến thuật cơ động để tránh xa vùng hoạt động của TL sao cho độ trượt tại điểm gặp là lớn nhất (càng xa vòng tròn đó càng tốt). Chiến lược tối ưu sẽ đạt được tại điểm G, điểm G được gọi là điểm yên ngựa của lý thuyết trò chơi. Nếu điểm yên ngựa đó là ổn định thì nó cũng chính là chiến lược tối ưu cần tìm. Như vậy, để tổng hợp được luật dẫn theo lý thuyết trò chơi vi phân chúng ta phải tiến hành giải bài toán theo hai bước. Bước 1, điều kiện cần: Chúng ta đi tìm cặp chiến lược tối ưu của TL và MT (điểm yên ngựa). Bước 2, điều kiện đủ: Chứng minh điểm yên ngựa đó là ổn định. Kết hợp tiêu chí độ trượt h tại điểm gặp đủ nhỏ có tính đến tổn hao năng lượng trong quá trình điều khiển, theo các tài liệu số [1,4] ta có, thể chọn hàm chỉ tiêu chất lượng như sau: g t 1  1 J   h t g     2 D 2 dt 2 (1) 2  2 0 Với tg là thời điểm TL gặp MT;  là tốc độ đường ngắm TL-MT; D là khoảng cách tương đối giữa TL và MT. Điều kiện cần: Giả thiết gia tốc TL và gia tốc MT thỏa mãn ràng buộc sau:   WTLmax  WTL*  WTLmax ...