Xây dựng bộ đo góc có độ chính xác cao ứng dụng trong ổn định bệ đài quan sát quang điện tử

Bài viết đã nghiên cứu, phân tích giải các bài toán động học bệ đồng thời xử lý tín hiệu đo từ con quay sợi quang kết hợp với cảm biến đo gia tốc góc, cảm biến từ trường nhằm xây dựng nên bộ đo góc theo 3 trục roll, pitch, yaw có độ chính xác cao, khắc phục nhược điểm của phương pháp đo, đưa ra kết quả đo với chất lượng cao làm đầu vào phục vụ cho việc ổn định bệ vũ khí trên phương tiện cơ động.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng bộ đo góc có độ chính xác cao ứng dụng trong ổn định bệ đài quan sát quang điện tử Đo lường & Tin học XÂY DỰNG BỘ ĐO GÓC CÓ ĐỘ CHÍNH XÁC CAO ỨNG DỤNG TRONG ỔN ĐỊNH BỆ ĐÀI QUAN SÁT QUANG ĐIỆN TỬ Lê Trần Thắng, Lê Văn Phúc*, Nguyễn Trọng Khuyên, Chu Đức Chình Tóm tắt: Việc ổn định bệ đài quan sát phải đồng thời xử lý bài toán động học bệ và bài toán đo lường phức tạp. Bài báo đã nghiên cứu, phân tích giải các bài toán động học bệ đồng thời xử lý tín hiệu đo từ con quay sợi quang kết hợp với cảm biến đo gia tốc góc, cảm biến từ trường nhằm xây dựng nên bộ đo góc theo 3 trục roll, pitch, yaw có độ chính xác cao, khắc phục nhược điểm của phương pháp đo, đưa ra kết quả đo với chất lượng cao làm đầu vào phục vụ cho việc ổn định bệ vũ khí trên phương tiện cơ động. Từ khóa: IMU quang; Đài quan sát; Ổn định; Góc Ơle. 1. MỞ ĐẦU Trong chiến tranh công nghệ cao, các loại vũ khí thông minh được áp dụng nhằm phát hiện tiêu diệt các hệ thống hỏa lực của đối phương trong đó có các tổ hợp hỏa lực phòng không. Điều này đỏi hỏi hệ thống vũ khí của chúng ta phải cơ động, tránh bị tiêu diệt, mặt khác còn phải triển khai tấn công nhanh, sẵn sàng tác chiến mọi lúc mọi nơi theo yêu cầu chiến thuật. Các hệ thống vũ khí, hệ thống trinh sát, bám bắt mục tiêu có điều khiển đặt trên các bệ di động phải đáp ứng được tính năng chiến đấu cơ động. Để làm được điều này các hệ thống khí tài trên cần phải ổn định bệ khi cơ động. Ổn định bệ cho hệ thống vũ khí tức là việc đảm bảo cho hệ thống vũ khí luôn luôn được ổn định trên một măt phẳng công tác. Bài báo đã phân tích giải các bài toán động học bệ ổn định, đồng thời xử lý tín hiệu đo từ con quay sợi quang kết hợp với cảm biến đo gia tốc góc, cảm biến từ trường nhằm xây dựng nên bộ đo góc theo 3 trục roll, pitch, yaw có độ chính xác cao, khắc phục nhược điểm của phương pháp đo, đưa ra kết quả đo với chất lượng cao làm đầu vào phục vụ cho việc ổn định bệ vũ khí trên phương tiện cơ động. 2. MÔ HÌNH HÓA BỆ ĐÀI QUAN SÁT Đài quan sát quang điện tử của các khí tài cơ động được đặt trên bệ ổn định trục đứng. Nhiệm vụ của bệ ổn định trục đứng là giữ cho mặt phẳng đế của bệ đài quan sát luôn nằm trên một mặt phẳng song song với mặt phẳng trái đất, loại trừ đi mọi loại rung sóc ảnh hưởng đến góc tầm của đài quan sát quang điện tử. Cấu trúc bệ ổn định trục đứng được sử dụng để ổn định mặt phẳng đế cho bệ đài quan sát quang điện tử như hình 1 dưới đây. Mô hình hóa bệ Trong sơ đồ mô hình hóa bệ, tách khớp các đăng dạng chữ thập thành 2 khớp quay có trục quay vuông góc với nhau. Tâm 2 trục quay là O1  O2 . Các hệ trục tọa độ được thiết lập như trên hình 1. Trong đó: Ox 0 y 0 z 0 : Hệ tọa độ cố định gắn với bệ tĩnh; O 1 x 1 y 1 z 1 , O 2 x 2 y 2 z 2 : Hệ tọa độ gắn với các trục của khớp các đăng. Khớp các đăng sử dụng là khớp các đăng dạng chữ thập nên hai gốc tọa độ O1, O2 trùng nhau. l 5 : Khoảng cách từ tâm khớp các đăng đến tâm tấm đế động. 234 L. T. Thắng, …, C. Đ. Chình, “Xây dựng bộ đo góc … đài quan sát quang điện tử.” Nghiên cứu khoa học công nghệ q 1 , q 2 : Là 2 góc quay tương ứng với 2 trục của khớp các đăng. h : Khoảng cách từ tâm O đến tâm khớp các đăng. Pxyz : Hệ tọa độ gắn với bệ động. z0 x2 z2 q2 y2 O2 y1 l5 l4 z q1 C2 l4 x1 P z1 O1 C1 l3 y h x B2 l2 2 y0 l3 O l1 A2 B1 l1 l2 1 A1 x0 Hình 1. Sơ đồ mô hình hóa bệ. Bài toán động học Bài toán động học giải quyết các vấn đề về động học, các tham số của bài toán là dữ liệu đầu vào cho bài toán điều khiển. Xét chuỗi động học: OO 1O 2 P . Áp dụng phương pháp Denavit Hartenberg ta xây dựng bảng tham số D-H [2] [4]. Bảng 1. Bảng các tham số D-H.  d a  1  /2 H 0  /2 2 q1 0 0  / 2 2 2 3 q2 l5 l5  / 2 2 2 Các ma trận chuyển xác định theo phương pháp D-H. Ma trận D-H tổng quát: cos θ  -sin θ .cos α  sin θ .sin α  cos θ .a     sin θ  cos θ .cos α ...