Tổng hợp thuật toán tối ưu hóa dẫn từ xa cho tên lửa dưới dạng đa thức có tính đến các yêu cầu ở thời điểm cuối

Bài báo phân tích và đề xuất tổng hợp một phương pháp dẫn (PPD) tối ưu trong giai đoạn điều khiển từ xa của hệ thống điều khiển kết hợp (từ xa – tự dẫn). Cụ thể là tổng hợp một thuật toán dẫn tên lửa tới một điểm trong không gian tùy thuộc vào chuyển động của mục tiêu với quỹ đạo tối ưu. Thời điểm chuyển sang tự dẫn của tên lửa được xác định bởi nhiều yếu tố bất định, đòi hỏi phải đáp ứng một số yêu cầu khắt khe. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp thuật toán tối ưu hóa dẫn từ xa cho tên lửa dưới dạng đa thức có tính đến các yêu cầu ở thời điểm cuối Nghiên cứu khoa học công nghệ TỔNG HỢP THUẬT TOÁN TỐI ƯU HÓA DẪN TỪ XA CHO TÊN LỬA DƯỚI DẠNG ĐA THỨC CÓ TÍNH ĐẾN CÁC YÊU CẦU Ở THỜI ĐIỂM CUỐI Nguyễn Vĩ Thuận*, Vũ Hỏa Tiễn Tóm tắt: Bài báo phân tích và đề xuất tổng hợp một phương pháp dẫn (PPD) tối ưu trong giai đoạn điều khiển từ xa của hệ thống điều khiển kết hợp (từ xa – tự dẫn). Cụ thể là tổng hợp một thuật toán dẫn tên lửa tới một điểm trong không gian tùy thuộc vào chuyển động của mục tiêu với quỹ đạo tối ưu. Thời điểm chuyển sang tự dẫn của tên lửa được xác định bởi nhiều yếu tố bất định, đòi hỏi phải đáp ứng một số yêu cầu khắt khe. Nội dung bài báo đề cập tới vấn đề tổng quát hóa thuật toán dẫn từ xa tối ưu cho tên lửa mô tả dưới dạng đa thức, thỏa mãn những yêu cầu cơ bản của giai đoạn tự dẫn có tính tới các tham số chuyển động của mục tiêu. Từ khóa: Phương pháp dẫn, Tên lửa, Điều khiển tối ưu, Hàm chỉ tiêu. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống điều khiển kết hợp là hệ thống sử dụng (song song hoặc nối tiếp) các hệ thống điều khiển và PPD khác nhau. Mỗi PPD có những ưu điểm và hạn chế nhất định [1,3,6,8]. Điều khiển kết hợp được sử dụng nhằm phát huy đầy đủ những ưu điểm và khắc phục triệt để nhược điểm của các PPD [3]. Những ưu điểm chính của hệ thống điều khiển kết hợp Từ xa – Tự dẫn là: - Điều khiển tên lửa (TL) hoạt động ở cự ly xa, thậm chí rất xa. - Mở rộng dải đo, đánh giá vận tốc tiếp cận và tốc độ góc đường ngắm mục tiêu (MT). - Nâng cao độ chính xác dẫn, khả năng chống nhiễu và độ tin cậy điều khiển. Bài báo đề cập đến việc hình thành một PPD từ xa cho tên lửa phòng không (TLPK) trong hệ thống điều khiển kết hợp, trong đó tồn tại nối tiếp hai giai đoạn điều khiển: giai đoạn điều khiển từ xa (chế độ hành trình); giai đoạn điều khiển tự dẫn (chế độ tự dẫn). Điều kiện để có thể chuyển sang tự dẫn là giá trị định lượng của các tham số sau [7]: - Thời điểm chuyển sang tự dẫn, xác định bởi cự ly phát hiện cực đại của ĐTD trên TL và vị trí góc MT trong trường quan sát ĐTD; - Thời gian tự dẫn, liên quan tới khả năng cơ động của TL, vận tốc tiếp cận và cự ly vùng mù của ĐTD; - Thời gian bắt và đưa ĐTD vào bám sát MT, phụ thuộc vào định hướng không gian của TL, bảo đảm xác suất MT nằm trong trường quan sát của ĐTD và tốc độ xử lý thông tin của ĐTD; - Giá trị giới hạn của độ trượt ban đầu (h0), tức là khoảng cách giữa trọng tâm MT và hình chiếu của nó trên phương của vector vận tốc tiếp cận TL-MT [3,8]. Từ những điều kiện chuyển sang tự dẫn liên quan tới vị trí và định hướng TL ở cuối giai đoạn dẫn từ xa, đặt ra bài toán tổng hợp thuật toán tối ưu PPD từ xa. Bản chất của bài toán dẫn tối ưu là giải quyết các vấn đề sau [7]: - Liên kết hai quỹ đạo dẫn từ xa và tự dẫn một cách liên tục, bảo đảm độ trơn chuyển tiếp quỹ đạo kể cả khi MT cơ động. - Định hướng TL và ĐTD tới mục tiêu, đảm bảo nhanh chóng phát hiện, bắt và bám sát MT với độ trượt ban đầu (h0) nhỏ hơn giá trị giới hạn (h0max). - Chuyển chế độ điều khiển từ xa sang tự dẫn tin cậy, không gây đột biến trong vòng điều khiển (VĐK) kín. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 3  Tên lửa & Thiết bị bay Với cách đặt vấn đề và xác định các bài toán cần giải nêu trên, nội dung và mục đích của bài báo sẽ tập trung giải quyết quá trình tổng hợp một thuật toán dẫn tối ưu, tổng quát cho TL trong giai đoạn điều khiển từ xa đáp ứng các yêu cầu chuyển sang chế độ tự dẫn đối với mọi loại MT. 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT 2.1. Tổng hợp thuật toán dẫn tối ưu cho TLPK trong giai đoạn điều khiển từ xa có tính đến các yếu tố khi chuyển sang tự dẫn Bài báo sử dụng lý thuyết điều khiển tối ưu để tổng hợp thuật toán dẫn từ xa tối ưu tổng quát, hàm chỉ tiêu được chọn theo các hệ số phạt có tính đến trọng số, dựa trên sai số vị trí và vận tốc góc tại điểm chuyển chế độ. Tùy thuộc vai trò của các sai số trong thuật toán điều khiển mà lựa chọn trọng số tương ứng trong hàm chỉ tiêu cho từng trường hợp có các điều kiện biên khác nhau. Như vậy, hệ số phạt mềm sẽ cho phép tối ưu hóa hàm chỉ tiêu theo các yêu cầu trong thuật toán và là ưu điểm mang tính tổng quát của thuật toán cần tổng hợp cho nhiều đối tượng. Các phương trình mô tả mối tương quan động hình học giữa TL-MT được biểu diễn như sau: ̇= − (1a) ̇ = (1b) ̇ = (1c) Với và là các véc tơ gia tốc tương ứng với tên lửa và mục tiêu. Từ các phương trình hệ (1) có thể dẫn đến phương trình tính cự ly (2) và độ trượt tại điểm gặp [8, 9] vào thời điểm dự báo tk (3): ℎ( ) = ( ) = ℎ( ) − ∫ ∗ ( − ) (2) Ở đây: h(tk) – độ trượt tại điểm gặp; h – độ trượt tức thời; η – thời gian tích phân; ∗ = − thời gian còn lại tới điểm dự báo. Độ trượt tức thời ℎ( ) được định nghĩa và xác định: ℎ = ( ) + ∗ ̇( ) + ∫ ∗ ( − ) . (3) Điểm dự báo được hiểu là điểm di động trong không Dtd MT gian phụ thuộc vào quy luật chuyển động của mục tiêu và r(t) TL cự ly cực đại cho phép mở đầu tự dẫn. Như vậy, ( ) là véc tơ giữa TL và điểm dự báo, ̇ ( ) là vector đạo hàm của nó. Có thể biểu diễn dưới dạng vector (H.1): ( )= ( )− ( )− ̇( ) = ...