Về một mô hình tích hợp hệ thống điều khiển quán tính

Các mô hình toán học cũng như các thuật toán trên khoang đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn. Bài viết này trình bày về một thuật toán cho máy tính trên khoang của tên lửa hành trình có hệ dẫn đường quán tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Về một mô hình tích hợp hệ thống điều khiển quán tính Công nghệ thông tin VỀ MỘT MÔ HÌNH TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁN TÍNH Nguyễn Minh Thường*, Vũ Hoàng Anh, Dương Mạnh Cường, Phạm Xuân Công Tóm tắt: Các mô hình toán học cũng như các thuật toán trên khoang đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn. Bài báo này trình bày về một thuật toán cho máy tính trên khoang của tên lửa hành trình có hệ dẫn đường quán tính. Từ khóa: Máy tính trên khoang; Hệ thống dẫn đường quán tính; Khối đo lường quán tính. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Một trong các phương pháp dẫn đường là dẫn đường quán tính. Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) có ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng dẫn đường tự lập và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn. Tuy nhiên, hệ thống INS dùng các con quay vi cơ hoặc các con quay cơ điện để đo các thành phần tốc độ góc. Các con quay loại này luôn có độ chệch không (có tín hiệu khi không có tốc độ quay) và độ chệch này tỉ lệ thuận theo thời gian (tính trôi không). Chính vì thế trong những ứng dụng có khoảng thời gian hoạt động dài thì hệ thống INS phải có thông tin hiệu chỉnh từ các hệ thống hỗ trợ khác như: hệ thống dẫn đường vô tuyến (Loran, Omega và Tacan), hệ thống dẫn đường vệ tinh (GPS, GLONASS và Transit), JTIDS, DME… Bài báo này chúng tôi giới thiệu về một mô hình toán học tích hợp hệ thống INS với các hệ thống hỗ trợ khác. Các thuật toán trình bày cho hệ thống INS có hiệu chỉnh bởi tín hiệu GPS, tín hiệu đo cao vô tuyến. Cơ sở toán học cho mô hình tích hợp này là lý thuyết về các bộ lọc Kalman. Độ chính xác của hệ thống tích hợp phụ thuộc vào từng mô hình toán học mô tả các tác nhân gây ra sai số của hệ thống. 2. NGUYÊN LÝ DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH Dẫn đường quán tính dựa trên cơ sở tính toán vị trí, vận tốc và hướng của một vật thể chuyển động bằng cách sử dụng các thông số đo đạc được từ các cảm biến như cảm biến gia tốc và cảm biến vận tốc góc. Mô hình toán học mô tả chuyển động của một vật thể là một hệ phương trình vi phân bậc nhất mô tả sự thay đổi của hệ thống theo thời gian. Một cách tổng quát chúng ta có thể biểu diễn theo phương trình sau:  r a    x a   v a  (1)   ba    T Trong đó, x   r , v,   là véc tơ trạng thái, r là véc tơ vị trí, v là véc tơ vận tốc và  là véc tơ quay. Tất cả đều là các hàm theo thời gian của các biến trạng thái dẫn đường, dấu “.” thể hiện đạo hàm theo thời gian và “a”, “b” thể hiện hệ tọa độ véc tơ trạng thái véc tơ được thiết lập. 78 N. M. Thường, …, P. X. Công, “Về một mô hình tích hợp hệ thống điều khiển quán tính.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Trong hệ tọa độ cố định tâm trái đất (ECEF), véc tơ vị trí r được thể hiện bởi T kinh độ  , vĩ độ  và độ cao ellipsoit h : r   ,  , h  . Véc tơ vận tốc v được mô T tả trong hệ tọa độ địa lý địa phương (ENU) với ba thành phần v   ve , vn , vu  . Các thành phần này được xác định như sau:  1   0 0    M h   ve  1   r       0 0  vn  (2)   N  h  cos     h    v   0 0 1  u    a 1  e 2  a Với M  32 , N 12 là các bán kính cong của trái 1  e sin   2 2 1  e sin 2   2 đất tại vĩ độ  . Ma trận chuyển đổi tọa độ từ hệ tọa độ ECEF sang hệ tọa độ ENU có dạng:   sin  cos  0  Cecef    sin  cos   sin  sin  cos   enu  (3)  cos  cos  cos  sin  sin   T Do đó các thành phần vận tốc quay uieenu   ue , un , uu  của trái đất trong hệ tọa độ ENU được xác định bởi: uieenu  Cecef enu ie (4) T Tức là, ue  0, un   cos , uu   sin  . Với ie   0, 0,   là véc tơ tốc độ quay tuyệt đối của hệ tọa độ ECEF,  là tốc độ quay tuyệt đối của trái đất. Với mô hình trái đất có hình dạng ellipsoit Craovki, khi đó ta có véc tơ vận tốc góc quay tuyệt đối của hệ tọa độ ENU có dạng: ...