Ứng dụng bộ điều khiển mờ tổng hợp lệnh điều khiển kênh độ cao của tên lửa hành trình đối hải khi bay thấp trên mặt biển trong điều kiện có sóng, gió tác động

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển mờ cho kênh điều khiển độ cao của tên lửa đối hải có tham số thay đổi bất định trong điều kiện tác động của sóng, gió khi bay thấp trên mặt biển. Kết quả khảo sát mô phỏng với một tên lửa giả định cho thấy ưu điểm và hiệu quả rõ rệt của bộ điều khiển mờ so với bộ điều khiển PID trong cùng một điều kiện tác động ngoài của sóng, gió khi tên lửa bay thấp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng bộ điều khiển mờ tổng hợp lệnh điều khiển kênh độ cao của tên lửa hành trình đối hải khi bay thấp trên mặt biển trong điều kiện có sóng, gió tác động Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ øNG DôNG Bé §IÒU KHIÓN Mê tæng hîp lÖnh §IÒU KHIÓN K£NH §é CAO CñA T£N LöA HµNH TR×NH §èI H¶I KHI BAY THÊP TR£N MÆT BIÓN TRONG §IÒU KIÖN Cã SãNG, GIã T¸C §éNG NguyÔn V¨n Chung*, NguyÔn §øc Thµnh*, NguyÔn §øc C­¬ng**, Vò Háa TiÔn*** Tãm t¾t: Bµi b¸o tr×nh bµy kÕt qu¶ nghiªn cøu øng dông bé ®iÒu khiÓn mê cho kªnh ®iÒu khiÓn ®é cao cña tªn löa ®èi h¶i cã tham sè thay ®æi bÊt ®Þnh trong ®iÒu kiÖn t¸c ®éng cña sãng, giã khi bay thÊp trªn mÆt biÓn. KÕt qu¶ kh¶o s¸t m« pháng víi mét tªn löa gi¶ ®Þnh cho thÊy ­u ®iÓm vµ hiÖu qu¶ râ rÖt cña bé ®iÒu khiÓn mê so víi bé ®iÒu khiÓn PID trong cïng mét ®iÒu kiÖn t¸c ®éng ngoµi cña sãng, giã khi tªn löa bay thÊp. Tõ khãa: Tªn löa hµnh tr×nh ®èi h¶i, Bé ®iÒu khiÓn mê, Sãng vµ giã. 1. ®Æt vÊn ®Ò C¸c tªn löa hµnh tr×nh ®èi h¶i (TLHT§H) hiÖn ®¹i th­êng bay rÊt thÊp (510m) trªn mÆt biÓn ®Ó v­ît háa lùc phßng kh«ng cña ®èi ph­¬ng. V× vËy, bµi to¸n æn ®Þnh vµ ®iÒu khiÓn TLHT§H bay ë ®é cao ®ã trong ®iÒu kiÖn t¸c ®éng cña sãng, giã biÓn lµ rÊt c¬ b¶n vµ cÊp thiÕt. Ph¸t triÓn tõ c¸c c«ng tr×nh [1,2,3] ®· c«ng bè cña nhãm t¸c gi¶, víi môc ®Ých c¶i thiÖn thªm chÊt l­îng vµ hiÖu qu¶ æn ®Þnh ®é cao cho TLHT§H khi bay thÊp giíi h¹n trªn mÆt biÓn trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn, ta cã thÓ nghiªn cøu øng dông bé ®iÒu khiÓn logic mê (Fuzzy Logic Control) cho ®èi t­îng khi chÞu t¸c ®éng cña nhiÔu ®éng (sãng, giã). ViÖc ¸p dông thuËt to¸n ®iÒu khiÓn PID nãi riªng vµ c¸c ph­¬ng ph¸p tuyÕn tÝnh nãi chung trong hÖ tù ®éng ®iÒu khiÓn, cã nh­îc ®iÓm lµ chØ æn ®Þnh hÖ thèng khi c¸c tham sè cña nã thay ®æi trong ph¹m vi hÑp vµ dÔ bÞ mÊt æn ®Þnh khi cã nhiÔu t¸c ®éng m¹nh tõ bªn ngoµi. ChÝnh v× vËy, muèn gi¶m ®­îc sai sè ®iÒu khiÓn do t¸c ®éng ngoµi, cÇn cã t¸c ®éng ®iÒu khiÓn m¹nh ngay c¶ khi sai sè cßn nhá, tuy nhiªn, nÕu luËt ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh th× ®iÒu ®ã sÏ dÉn ®Õn ph¶n øng ®Çu ra hÖ thèng víi biªn ®é vµ sai sè lín. Mét ®iÓm quan träng n÷a lµ c¸c ®Æc tÝnh khÝ ®éng, ph©n bè trªn khoang, vÝ dô nh­ vÞ trÝ cña t©m khÝ ®éng Xfa cña tªn löa hµnh tr×nh ®èi h¶i cËn ©m (nh­ URAN-E, Exocet, Harpoon...) trong khi bay hµnh tr×nh thay ®æi rÊt nhiÒu vµ khã x¸c ®Þnh chÝnh x¸c kÓ c¶ b»ng c¸c phÇn mÒm hiÖn ®¹i nh­ ANSYS-CFX hoÆc b»ng thùc nghiÖm trong buång thæi khÝ ®éng häc. V× vËy, rÊt khã tæng hîp luËt ®iÒu khiÓn theo c¸c ph­¬ng ph¸p “kinh ®iÓn” khi mµ ®èi t­îng ®iÒu khiÓn cã c¸c tham sè bÊt ®Þnh trong ph¹m vi kh¸ réng nh­ vËy. ViÖc øng dông ®iÒu khiÓn mê còng ®¶m b¶o tÝnh bÒn v÷ng (robustness) cña vßng ®iÒu khiÓn kÝn. Trong bµi b¸o nµy, c¸c t¸c gi¶ nghiªn cøu viÖc øng dông bé ®iÒu khiÓn mê trong cÊu tróc vßng ®iÒu khiÓn kÝn kªnh ®iÒu khiÓn ®é cao ë giai ®o¹n bay «t«n«m cña TLHT§H víi nh÷ng tham sè khÝ ®éng vµ ph©n bè thay ®æi trong ph¹m vi kh¸ réng khi cã sãng, giã biÓn t¸c ®éng. Trªn c¬ së nh÷ng kÕt qu¶ nhËn ®­îc qua kh¶o s¸t m« pháng, ®­a ra nh÷ng ®¸nh gi¸ so s¸nh víi bé ®iÒu khiÓn kinh ®iÓn PID ®Ó thÊy râ nh÷ng ­u ®iÓm vµ hiÖu qu¶ cña bé ®iÒu khiÓn mê cã trong øng dông cho kªnh ®iÒu khiÓn ®é cao cña TLHT§H khi bay thÊp trªn mÆt biÓn. 2. X¢Y DùNG Bé §IIÒU KHIÓN Mê CHO K£NH §IÒU KHIÓN §é CAO BAY CñA TLHT§H 2.1. X©y dùng bé ®iÒu khiÓn mê Trªn c¬ së cña lý thuyÕt mê [4,8,9] ta x©y dùng bé ®iÒu khiÓn mê cho kªnh ®iÒu khiÓn ®é cao cña TLHT§H gåm hai tr¹ng th¸i mê ®Çu vµo vµ mét biÕn mê ®Çu ra. BiÕn ng«n ng÷ vµo lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cña bé ®iÒu khiÓn mê cô thÓ lµ sai lÖch H vµ ®¹o hµm cña nã T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 3  §iÒu khiÓn & Tù ®éng hãa H . BiÕn ng«n ng÷ ra lµ ®¹i l­îng t¸c ®éng trùc tiÕp vµo m¸y l¸i ë ®©y biÕn ng«n ng÷ ra lµ ®iÒu khiÓn U. - MiÒn gi¸ trÞ vËt lý ph¶i bao hµm hÕt kh¶ n¨ng gi¸ trÞ mµ biÕn ng«n ng÷ vµo ra cã thÓ nhËn, ta chän: H = [-1;1] (m); H = [-1;1] (m/s); U = [-0,52;0,52] (rad) - Sè l­îng tËp mê: Sè l­îng tËp mê th­êng ®¹i diÖn cho sè tr¹ng th¸i cña biÕn ng«n ng÷ vµo ra. ë ®©y ta chän c¸c gi¸ trÞ nh­ sau: H = {AN, AI, K, DI, DN}; H = {AN, AI, K, DI, DN}; U = {ARN, AN, AI, DI, DN, DRN}. trong ®ã,ARN : ©m rÊt nhiÒu, AN: ©m nhiÒu, AI: ©m Ýt, K: kh«ng, DI: d­¬ng Ýt, DN: d­¬ng nhiÒu, DRN: d­¬ng rÊt nhiÒu. - X¸c ®Þnh d¹ng hµm liªn thuéc: §©y lµ giai ®o¹n rÊt quan träng, v× qu¸ tr×nh lµm viÖc cña bé ®iÒu khiÓn mê phô thuéc rÊt nhiÒu vµo d¸ng cña hµm liªn thuéc. Ta chän c¸c hµm liªn thuéc h×nh tam gi¸c vµ h×nh bËc thang nh­ h×nh 1. H×nh 1. C¸c tËp mê vµo ra vµ c¸c hµm liªn thuéc cña chóng. - X©y dùng c¸c luËt ®iÒu khiÓn “IF...THEN...” (NÕu...Th×...): Víi 5 tËp mê cña mçi biÕn ®Çu vµo, ta x©y dùng ®­îc 5x5=25 luËt ®iÒu khiÓn. C¸c luËt ®iÒu khiÓn ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng mÖnh ®Ò IF... THEN...c¸c luËt ®iÒu khiÓn nµy ®­îc x©y dùng theo 2 nguyªn t¾c sau: + Sai lÖch cµng lín th× t¸c ®éng ®iÒu khiÓn cµng lín. + §¹o hµm sai lÖch cµng lín th× t¸c ®éng ®iÒu khiÓn cµng lín. C¸c luËt nµy ®­îc xÕp d­íi d¹ng ma trËn b¶ng 1 vµ ®­îc gäi lµ ma trËn ®iÒu khiÓn [9]. B¶ng 1. LuËt hîp thµnh tuyÕn tÝnh. V H AN AI K DI DN DN 0 DI DN DRN DRN DI AI 0 DI DN DRN K AN AI 0 DI DN AI ARN AN AI 0 DI AN ...