Tổng hợp luật tự dẫn cho thiết bị bay có vận tốc thay đổi

Bài báo trình bày phương pháp tổng hợp luật dẫn cho một lớp thiết bị bay có tốc độ thay đổi trong giai đoạn tự dẫn đến điểm gặp mục tiêu và thực hiện mô phỏng vòng điều khiển tự dẫn với tham số thiết bị bay giả định để minh chứng cho ưu điểm của luật dẫn đề xuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp luật tự dẫn cho thiết bị bay có vận tốc thay đổiNghiên cứu khoa học công nghệ TỔNG HỢP LUẬT TỰ DẪN CHO THIẾT BỊ BAY CÓ VẬN TỐC THAY ĐỔI Trần Đức Thuận1, Phạm Quang Hiếu2*, Nguyễn Văn Lâm2, Nguyễn Thượng San1 Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp tổng hợp luật dẫn cho một lớp thiết bị bay có tốc độ thay đổi trong giai đoạn tự dẫn đến điểm gặp mục tiêu và thực hiện mô phỏng vòng điều khiển tự dẫn với tham số thiết bị bay giả định để minh chứng cho ưu điểm của luật dẫn đề xuất.Từ khóa: Tổng hợp hệ thống, Điều khiển thiết bị bay, Thiết bị bay. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bản chất của bài toán dẫn là dẫn thiết bị bay (TBB) đến vùng lân cận mục tiêu (MT).Tùy thuộc vào cách lựa chọn quy luật quay của đường ngắm TBB - MT trong hệ tọa độchuẩn với trục chính (OXg) theo hướng bắn [4], có thể chia thành các phương pháp dẫnkhác nhau như: dẫn đuổi, dẫn thẳng, dẫn tiếp cận song song, dẫn tiếp cận tỉ lệ (PN)... Phầnlớn TBB tự dẫn đều sử dụng phương pháp dẫn PN [1]. Một số công trình nghiên cứu đãứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu để xây dựng luật dẫn cho TBB và chứng minhphương pháp PN là một phương pháp tối ưu nhằm đảm bảo cực tiểu độ trượt tương ứngvới sự vận động của mục tiêu, nhưng các nghiên cứu đều giả thiết tốc độ của TBB làkhông đổi [1, 2, 3]. Tuy nhiên, với lớp TBB có tốc độ bay thay đổi đáng kể trong giai đoạntự dẫn (tên lửa 3M-54, S300...), nếu chỉ sử dụng phương pháp PN thì sẽ có độ trượt lớn. Mục đích của bài báo là tổng hợp luật dẫn cho một lớp TBB tự dẫn có tốc độ thay đổikhi tiến công mục tiêu trên biển. Trước tiên, bài báo trình bày bài toán dẫn và xây dựngmô hình không gian trạng thái mô tả động hình học tự dẫn của TBB có tốc độ thay đổi.Tiếp theo trình bày phương pháp tổng hợp luật tự dẫn tối ưu cho TBB. Cuối cùng là kếtquả mô phỏng khảo sát luật tự tự dẫn đề xuất trong môi trường Matlab/Simulink với cáctham số TBB giả định. 2. MÔ HÌNH TỰ DẪN THIẾT BỊ BAY CÓ TỐC ĐỘ THAY ĐỔI2.1. Bài toán dẫn thiết bị bay đến điểm gặp Xét mô hình TBB trong giai đoạn tự dẫn thực hiện tiến công mục tiêu trên biển, giả sửTBB đã thực hiện quay về hướng tới điểm gặp và chuyển động của nó được hạn chế vớiđộ lệch nhỏ theo hướng đó. Tương quan hình học giữa TBB và MT trên biển trong giaiđoạn tự dẫn được trình bày trong hình 1. Trong đó: - M là vị trí TBB, K là vi trí MT, C là điểm gặp giữa TBB và MT; - O là hình chiếu điểm M trên mặt phẳng nằm ngang, OX theo hướng bắn, OY là trụcthẳng đứng, OZ vuông góc với mặt phẳng OXY; -  M , θ tương ứng là góc hướng và góc nghiêng quỹ đạo của TBB; -  k ,  m là góc giữa véc tơ vận tốc của mục tiêu Vk và Vm so với hình chiếu củađường ngắm (OK) trên mặt phẳng nằm ngang; - D là cự ly từ TBB đến MT; -  là góc hướng đường ngắm. Ứng dụng định lý sin cho tam giác đón OCK, ta có:Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 11 Tên lửa & Thiết bị bay OC CK OK   (1) sin  k sin  M sin( k   M ) Hình 1. Tương quan hình học giữa TBB và MT. Trường hợp tốc độ TBB và mục tiêu không đổi ta có: OC  Vm1.ta CK  Vk .ta (2) Trong đó, ta là thời gian chuyển động đến điểm C, Vm1 là hình chiếu của véc tơ Vm lênmặt phẳng ngang (OXZ). Thay biểu thức (2) vào biểu thức (1) ta có: Vk .sin  k  Vm1.sin  m  0 (3) Từ (3) ta có thành phần tốc độ tương đối (tốc độ tiếp cận) vuông góc với đường ngắmđược biểu diễn qua biểu thức: d .  Vk .sin  k  Vm1.sin  m (4) Trong đó d = OK Như vậy, từ (3) và (4) nhận thấy khi tốc độ TBB và MT không đổi thì tốc độ đườngngắm bằng 0. Với phương pháp PN, tốc độ quay của TBB tỉ lệ với tốc độ thay đổi đường ngắm [1], [5]: WP  Vm1.m  N . (5) Trong đó WP là gia tốc pháp tuyến quỹ đạo động (gia tốc pháp tuyến yêu cầu của TBB);N là hệ số tỉ lệ;  là tốc độ góc quay đường ngắm TBB - MT trong mặt phẳng nằm ngang. Trường hợp tốc độ TBB thay đổi, để đơn giản hóa giả thiết tốc độ MT không đổi, khinày thay (2) vào (1) và biến đổi ta có: d .sin  m ta  Vk .sin( k   m ) (6) d .sin  k  S m (ta ).sin( k   m )  0 (7) Trong đó Sm(ta) là quãng đường mà TBB phải ...