BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
______________________________________________________________________
ĐỖ VĂN PHÁN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
ĐỊNH HƢỚNG KHÔNG GIAN CHO THIẾT BỊ BAY
THEO CÁC PHÉP ĐO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
______________________________________________________________________
ĐỖ VĂN PHÁN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
ĐỊNH HƢỚNG KHÔNG GIAN CHO THIẾT BỊ BAY
THEO CÁC PHÉP ĐO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số:
62.52.02.16
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TSKH. Nguyễn Công Định
2. TS. Vũ Hỏa Tiễn
HÀ NỘI - 2013
i
CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội
dung, số liệu và kết quả đã trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực
và chưa có tác giả nào công bố trong bất cứ một công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN ÁN
Đỗ Văn Phán
ii
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ hướng
dẫn khoa học:
Thiếu tướng, GS-TSKH. Nguyễn Công Định
Đại tá, TS. Vũ Hỏa Tiễn
đã tận tình chỉ đạo và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tác giả của luận án cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo,
chỉ huy Khoa Kỹ thuật điều khiển, Bộ môn Tên lửa, Phòng Đào tạo
SĐH, Thủ trưởng Học viện KTQS và cá nhân các cán bộ, giáo viên Bộ
môn Tên lửa đã quan tâm, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn
thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, các nhà khoa học, các
đồng nghiệp đã quan tâm, giúp đỡ, góp ý và cổ vũ động viên tác giả
hoàn thành công trình khoa học này.
TÁC GIẢ
Đỗ Văn Phán
iii
MỤC LỤC
CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ......................................... vii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................ xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
Chƣơng 1. HỆ DẪN ĐƢỜNG QUÁN TÍNH KHÔNG ĐẾ VÀ BÀI TOÁN
ĐỊNH HƢỚNG THIẾT BỊ BAY TRINH SÁT KHÔNG NGƢỜI LÁI ..... 10
1.1 Hệ thống dẫn đƣờng quán tính .........................................................................10
1.2 Cấu trúc hệ dẫn đƣờng cho máy bay không ngƣời lái .................................12
1.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ dẫn đường quán tính .................................. 12
1.2.2 Thành phần hệ thống DĐQT, bao gồm: ....................................... 14
1.3 Hệ điều khiển định hƣớng thân TBBKNL .....................................................15
1.3.1 Nguyên lý làm việc và cấu trúc ..................................................... 15
1.3.2 Mô tả toán học quá trình xử lý thông tin ĐKĐH ........................... 19
1.4 Ý nghĩa của việc ổn định định hƣớng không gian cho TBB trinh sát .......22
1.5 Đặt vấn đề cần nghiên cứu..................................................................................23
Kết luận chƣơng 1.......................................................................................................25
Chƣơng 2. THÔNG TIN TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG SỬ
DỤNG TRONG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG THIẾT BỊ
BAY KHÔNG NGƢỜI LÁI ............................................................................... 26
2.1 Những khái niệm cơ bản về từ trƣờng Trái đất và cảm biến......................28
2.1.1 Mô hình chung của từ trường Trái đất ........................................... 28
2.1.2 Một số loại cảm biến từ trường công nghệ mới ............................. 31
iv
2.2 Bản chất và đặc tính của sai số khi đo từ trƣờng trên thiết bị bay.............35
2.3 Những khó khăn khi sử dụng từ trƣờng Trái đất để định hƣớng TBB....36
2.3.1 Sự thay đổi của từ trường ............................................................... 36
2.3.2 Ảnh hưởng bởi từ trường do TBB tạo ra ....................................... 37
2.3.3 Khó khăn chính của vấn đề định vị thiết bị bay theo từ trường .... 38
2.4 Khả năng sử dụng thông tin từ trƣờng Trái đất trong điều khiển định
hƣớng cho thiết bị bay ....................................................................................................39
2.4.1 Tính chất đa trị của định thức Jacobi về khả năng sử dụng đơn
thuần thông tin từ trường Trái đất. .......................................................... 39
2.4.2 Mô hình đo VTT Trái đất kết hợp với nguồn thông tin độc lập khác
để ĐKĐH cho TBB ................................................................................. 42
2.4.3 Phân tích sai số đo các thành phần vận tốc góc của TBB thông qua
đo từ trườngg trái đất .............................................................................. 46
2.4.4 Mô phỏng các phép đo VTG của TBB bằng phương pháp tính
thẳng VTT có thông tin bổ sung của cảm biến độc lập .......................... 52
Kết luận chƣơng 2.......................................................................................................54
Chƣơng 3. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐO VẬN TỐC GÓC CỦA THIẾT BỊ
BAY DỰA TRÊN LỌC PHI TUYẾN TỐI ƢU ............................................... 55
3.1 Bài toán lọc các thành phần VTG .....................................................................55
3.1.1 Những mô hình toán học đã có và lựa chọn bài toán lọc cần giải . 55
3.1.2 Xây dựng bài toán lọc các thành phần VTG .................................. 56
3.2 Thuật toán lọc phi tuyến các thành phần vector VTG của TBB................58
3.2.1 Mô hình toán học. .......................................................................... 58
3.2.2 Mô phỏng thuật toán lọc trên máy tính .......................................... 61
v
3.3 Các thuật toán lọc phi tuyến khác trong tổng hợp bộ đo VTG của
TBB ....................................................................................................................................67
3.4 Mô phỏng đánh giá các mô hình hệ thống xác định VTG đã xây dựng ...77
Kết luận chƣơng 3.......................................................................................................84
Chƣơng 4. THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THỰC TẾ HÓA
HỆ ĐO – XỬ LÝ THÔNG TIN VẬN TỐC GÓC CỦA THIẾT BỊ BAY
THEO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT ..................................................................... 86
4.1 Mô tả thực nghiệm ...............................................................................................87
4.2 Thiết kế và tổ chức phần cứng thực nghiệm...................................................88
4.2.1 Lựa chọn các loại cảm biến............................................................ 88
4.2.2 Thiết kế Board Sensores ................................................................ 90
4.2.3 Lựa chọn ADC trên cơ sở Platform ElVIS-II của NI .................... 92
4.2.4 Mô tả về giá thử con quay ba chiều ............................................... 94
4.2.5 Sơ đồ kết nối phần cứng................................................................. 95
4.3 Thiết kế và xây dựng phần mềm thực nghiệm...............................................96
4.3.1 Phần mềm thuật toán Extended Kalman Filter (EKF .................... 97
4.3.2 Phần mềm thuật toán Unscented Kalman Filter (UKF)................. 99
4.3.3 Phần mềm thuật toán lọc Kalman thích nghi (MS-AUKF) ......... 102
4.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm........................................................................ 105
4.4.1 Đánh giá chất lượng xử lý thông tin của các thuật toán lọc ........ 105
4.4.2 Đánh giá về khả năng thực tế hóa bộ đo VTG của TBB ............. 109
4.5 Cấu trúc các kênh điều khiển định hƣớng TBB và phƣơng pháp phối
ghép với các bộ đo góc và VTG ................................................................................. 111
4.5.1 Hàm truyền các kênh điều khiển và ổn định TBB cánh phẳng ... 112
4.5.2 Cấu trúc các kênh điều khiển và ổn định định hướng TBB ......... 116
4.5.3 Phương pháp ghép bộ đo VTG với các kênh điều khiển TBB .... 118
vi
Kết luận chƣơng 4.................................................................................................... 118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 120
DANH MỤC NHỮNG CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 123
vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Viết tắt
ADC
bộ biến đổi tương tự - số (Analog Digital Convertor)
AMR
điện từ - trở (Anisotropic Magneto-Resistive)
AP
hệ thống tự động lái (AutoPilot)
ASS
hệ thống tự động ổn định (Automatic System Stabilization)
CBGTT
cảm biến gia tốc thẳng
CBVTG
cảm biến vận tốc góc
DĐQT
dẫn đường quán tính
ĐHKG
định hướng không gian
ĐKĐH
điều khiển định hướng
ĐKQĐ
điều khiển quỹ đạo
ĐKQT
điều khiển quán tính
ĐKTBB
điều khiển thiết bị bay
EKF
bộ lọc Kalman mở rộng (Extended Kalman filter)
GPS
hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)
GTPT
gia tốc pháp tuyến
GTT
gia tốc thẳng
HTĐK
hệ thống điều khiển
KHKT-CN
khoa học kỹ thuật và Công nghệ
MEMS
hệ thống vi-cơ điện tử (Micro electro mechanical systems)
MS-AUKF
bộ lọc Kalman MS-AUKF (Master-Slaver Adaptive
Unscented Kalman Filte)
MTTK
máy tính trên khoang
TBB
thiết bị bay
TBBKNL
thiết bị bay không người lái
viii
TBBP
trung bình bình phương
TBBTSKNL
thiết bị bay trinh sát không người lái
TBBTS
thiết bị bay trinh sát
TBTS
thiết bị trinh sát
TĐLK
hệ tọa độ liên kết
TĐVT
hệ tọa độ vận tốc
TTTĐ
từ trường trái đất
UKF
bộ lọc Kalman UKF (Unscented Kalman Filter)
VTG
vận tốc góc
VTT
vector từ trường
ЭДС
suất điện động cảm ứng
Ký hiệu
góc gật
góc hướng
góc liệng
prog
góc gật theo chương trình bay
prog
góc hướng theo chương trình bay
prog
góc liệng theo chương trình bay
góc tấn công TBB trong dòng khí
góc trượt của TBB trong dòng khí
V
vận tốc dòng khí tương đối so với TBB
W
gia tốc pháp tuyến
r
vector bán kính trọng tâm TBB trong hệ tọa độ được chọn
r
bán kính trọng tâm TBB trong hệ tọa độ địa tâm
vector vận tốc góc quay TBB như một vật thể cứng
F
vector tổng các lực tác động lên TBB
ix
M
vector tổng các mômen tác động lên TBB
u
vector điều khiển
m
khối lượng TBB, [kg]
,
góc nghiêng quỹ đạo [rad] và đạo hàm bậc nhất của nó [rad/s]
,
,
góc gật [rad] và các đạo hàm bậc nhất [rad/s], bậc hai [rad/s2]
Cy , Cy
đạo hàm riêng hệ số lực nâng trên cánh và cánh lái
,
góc tấn công [rad] và đạo hàm [rad/s] của nó
,
góc trượt [rad] và đạo hàm [rad/s]
y , z , E góc quay cánh lái tương ứng gật, hướng và liệng, [rad]
k 0 , k1
q
hệ số truyền mạch hồi tiếp theo góc và tốc độ góc quay cánh lái
V 2
áp lực tốc độ, [N/m2; kg/m.s2]
2
SM, SCL diện tích Miden và diện tích cánh lái, [m2]
L
chiều dài của TBB, [m]
Xm, XF, XF các tọa độ tương ứng với trọng tâm, tâm áp lực thân và tâm
áp lực cánh lái của TBB
G
trọng lượng của thiết bị bay [N]
P
lực đẩy của động cơ [N]
Ax
gia tốc thẳng của TBB theo trục X
Ay
gia tốc thẳng của TBB theo trục Y
Az
gia tốc thẳng của TBB theo trục Z
ax
sai số GTT đo được do thành phần gia tốc trọng trường gây ra
a6
hệ số động lực nâng cánh lái
a2
hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay
a1
hệ số cản khí động
x
a3
hệ số hiệu quả cánh lái
TTBB
hằng số thời gian thiết bị bay
TBB
hệ số tắt dần
TV
thời gian khí động
KAP
hệ số truyền khối tự lái
K (p) hàm truyền thiết bị bay theo góc gật
K ( p)
hàm truyền thiết bị bay theo góc tấn công
K ( p)
hàm truyền theo góc đổi hướng
K ( p)
hàm truyền theo góc trượt
K TBB
hệ số truyền của thiết bị bay
TTBB
hằng số thời gian thiết bị bay
TBB
hệ số tắt dần
T'V
thời gian khí động
b1
hệ số cản khí động
b2
hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay
b3
hệ số hiệu quả cánh lái
b4
hệ số động lực nâng do góc trượt
b6
hệ số động lực nâng cánh lái hướng
c1
hệ số cản khí động trong chuyển động liệng
c3
hệ số hiệu quả cánh lái Eleron
Fx
giá trị hiệu chỉnh quay trong mặt phẳng X
Fz
giá trị hiệu chỉnh quay trong mặt phẳng Z
X
tọa độ của TBB trong mặt phẳng X
Z
tọa độ của TBB trong mặt phẳng Z
Ro
bán kính trái đất
xi
Vz
vận tốc của thiết bị bay theo trục Z
Vx
vận tốc của thiết bị bay theo trục X
R
vector bán kính của hệ tọa độ dẫn đường nằm trên thiết bị bay
tốc độ góc của thiết bị bay
ωx
tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục X
ωy
tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục Y
ωz
tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục Z
ωc
tốc độ quay của trái đất trong hệ tọa độ quán tính
g0
gia tốc trọng trường
0
kinh độ biết trước của thiết bị bay tại điểm A
0
vĩ độ biết trước của thiết bị bay tại điểm A
kinh độ của thiết bị bay tại điểm B
vĩ độ của thiết bị bay tại điểm B
v
lệnh điều khiển vận tốc bay
lệnh điều khiển độ cao
lệnh đổi hướng
lệnh cơ động liệng
prog
lệnh điều khiển kinh độ theo chương trình
prog
lệnh điều khiển vĩ độ theo chương trình
Vprog
lệnh điều khiển vận tốc theo chương trình
Hprog
lệnh điều khiển độ cao theo chương trình
H
vector từ trường trong hệ tọa độ trái đất
H1
vector đo được của từ trường trái đất H trong hệ TĐLK
A
ma trận chuyển
xii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Mở đầu
Hình 1 Thiết bị bay trinh sát không người lái của một số nước trên thế
giới. ............................................................................................................. 1
Chƣơng 1
Hình 1.1 Sơ đồ máy bay và những cơ cấu điều khiển .............................. 11
Hình 1.2 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống điều khiển quán tính MBKNL ... 13
Hình 1.3 Cấu trúc hệ ĐKĐH cho TBBKNL ............................................. 17
Hình 1.4 Tương quan giữa 2 hệ TĐQT và TĐLK .................................... 19
Hình 1.5 Giải thích ảnh hưởng sai số góc định hướng tới vị trí ảnh ........ 23
Chƣơng 2
Hình 2.1 Từ trường Trái đất ...................................................................... 28
Hình 2.2 Bản đồ từ trường Trái đất........................................................... 30
Hình 2.3 Thay đổi từ trường trong mặt phẳng ngang XOZ ...................... 30
Hình 2.4 Phần tử từ-trở cơ bản. ................................................................ 32
Hình 2.5 Quan hệ giữa giá trị điện trở so với hướng từ trường. ............... 32
Hình 2.6 Cầu từ trở Wheatstone ............................................................... 33
Hình 2.7 Tính năng set/reset của Sensor ................................................... 33
Hình 2.8 Hình dạng bên ngoài của HMC2003 ......................................... 34
Hình 2.9 Giải thích không có khả năng định vị chỉ bằng các phép đo từ
trường ........................................................................................................ 41
Hình 2.10 Sự quay của VTT trong hệ TĐLK ........................................... 42
Hình 2.11 Kết quả mô phỏng đo các thành phần VTT và VTG của TBB 53
Chƣơng 3
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc thuật toán lọc phi tuyến cận tối ưu VTG của TBB
theo vector từ trường Trái đất ................................................................... 63
Hình 3.2 Kết quả mô phỏng mô hình lọc phi tuyến hệ số tĩnh. ................ 64
xiii
Hình 3.3 Kết quả mô phỏng thuật toán lọc phi tuyến hệ số động............. 66
Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc của bộ lọc MS-AUKF ........................................ 75
Hình 3.5 Kết quả khi tính trực tiếp vận tốc góc. ....................................... 78
Hình 3.6 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF.
Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte Carlo. ........................ 79
Hình 3.7 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF
khi cho nhiễu tăng. Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte
Carlo. ......................................................................................................... 80
Hình 3.8 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán UKF.81
Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm thống kê Monte Carlo .......... 81
Hình 3.9 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF và
UKF ........................................................................................................... 82
Hình 3.10 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán ....... 83
MS-AUKF. Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte Carlo. .... 83
Chƣơng 4
Hình 4.1 Cảm biến LY510ALH................................................................ 88
Hình 4.2 Sơ đồ chức năng LY510ALH .................................................... 89
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý LY510ALH có bộ lọc mở rộng ....................... 90
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý Board Sensores phần thực nghiệm ................. 91
Hình 4.6 Sơ đồ mạch in các miniboard sensores ...................................... 92
Hình 4.7 Giới thiệu tính năng của Platform ELVIS-II ............................. 93
Hình 4.8 Kết nối Platform ELVIS-II với máy tính và giao diện thực
nghiệm ....................................................................................................... 93
Hình 4.9 Giá quay ba trục ......................................................................... 94
Hình 4.10 Kích thước tấm gá chuyên dụng trên giá quay ........................ 94
Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán lọc EKF....................................................... 98
Hình 4.13 Giao diện nhập tham số bộ lọc EKF ........................................ 99
xiv
Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán lọc UKF .................................................... 101
Hình 4.15 Giao diện nhập tham số cho lọc UKF .................................... 102
Hình 4.16 Lưu đồ thuật toán lọc MS-AUKF .......................................... 104
Hình 4.17 Giao diện khởi tạo và hiển thị tham số bộ lọc MS-AUKF .... 105
Hình 4.18 Kết quả đo VTT khi sử dụng bộ lọc EKF .............................. 106
Hình 4.19 Kết quả đo các thành phần VTG ............................................ 106
Hình 4.20 Kết quả đo VTT khi sử dụng bộ lọc UKF (đơn vị gauss) ..... 106
Hình 4.22 Kết quả đo các thành phần VTT ............................................ 107
Hình 4.23 Kết quả lọc UKF các thành phần VTG .................................. 107
Hình 4.28 Điều khiển đổi hướng đối với TBB cánh phẳng .................... 115
Hình 4.29 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển gật ........................................ 116
Hình 4.30 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển hướng .................................. 117
Hình 4.31 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển liệng TBB ............................ 117
Hình 4.32 Sơ đồ phối ghép hệ đo góc và VTG với các kênh điều khiển
TBBKNL ................................................................................................. 118
xv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Chƣơng 2
Bảng 2.1 Đặc trưng kích thước, khối lượng và giá thành của con quay... 27
Bảng 2.2 Các sai số và hệ số có ảnh hưởng tới kết quả đo VTG ............. 27
Bảng 2.3 Sai số trung bình bình phương tương đối của tạp ..................... 47
Chƣơng 3
Bảng 3.1 Dạng đặc biệt của ma trận các đạo hàm vector tín hiệu theo
vector đánh giá các tham số. ..................................................................... 58
Chƣơng 4
Bảng 4.1 Một số loại cảm biến mới ........................................................ 110
1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.
Để nêu bật được mục đích và ý nghĩa vấn đề nghiên cứu trong luận án
(LA) định hướng tới đối tượng, ngay phần đầu tiên này tác giả xin đề cập
thẳng tới lớp đối tượng là thiết bị bay trinh sát không người lái (TBBTSKNL)
với hệ thống điều khiển trên khoang là hệ dẫn đường quán tính không đế.
Thiết bị bay trinh sát không người lái là hệ thống kỹ thuật hàng không
làm việc theo nguyên lý khí động, được điều khiển nhờ một hệ thống kết hợp
lệnh vô tuyến từ xa (đảm bảo các mục đích cất, hạ cánh) và dẫn đường quán
tính (bay theo quỹ đạo định trước bằng chương trình). Thực hiện thu thập
thông tin tình báo (chụp và truyền ảnh, nhận dạng mục tiêu mặt đất theo công
nghệ kỹ thuật số); truyền thông tin chỉ thị mục tiêu; gây nhiễu chiến tranh
điện tử; thả các thiết bị do thám mặt đất trong những trường hợp cần thiết;…
Đó cũng là lý do mà nhiều nước phát triển hệ thống trinh sát đường
không [46] sử dụng thiết bị bay không người lái (TBBKNL) để thu thập tin
tức tình báo. TBBTSKNL là mối quan tâm lớn trong chiến lược phát triển vũ
khí hàng không của nhiều quốc gia [37, 46] như Mỹ, Nga, Trung Quốc, Ấn
Độ, Israen, các nước thuộc NATO…
Dưới đây là một số mẫu TBBTSKNL tiên tiến trên thế giới.
“STIL” CH Belarus
“Hellfire” USA
“Hermes-450S” USA
“PChela-1” LB Nga
“X-43A” USA
“KillerBee” USA
Hình 1 Thiết bị bay trinh sát không người lái của một số nước trên thế giới.
2
Đặc điểm chung của các TBBTSKNL là phải mang một tải trọng có ích
(TBTS) trên khoang và sử dụng nó vào mục đích trinh sát bề mặt trên đường
bay. TBBTSKNL được định hướng tới khu vực cần trinh sát nhờ chương trình
điều khiển. Thời gian hoạt động của thiết bị bay (TBB) cần phải lớn, trong
điều kiện hạn chế về khối lượng cất cánh. Vấn đề đặt ra là cần phải tối thiểu
hóa khối lượng kết cấu và trang thiết bị trên khoang TBB, tăng thời gian bay.
Điều khiển TBB thể hiện ở hai quá trình nối tiếp [38, 40] là điều khiển
định hướng thân và điều khiển trọng tâm theo một quỹ đạo định trước cho bởi
chương trình bay. Quá trình điều khiển được hình thành dựa vào 3 yếu tố cơ
bản: phương pháp dẫn; chương trình bay (tọa độ của quỹ đạo cho trước); tọa
độ của quỹ đạo tức thời tại mọi thời điểm. Máy tính trên khoang lần lượt giải
các bài toán điều khiển sau:
- Đo - xử lý thông tin từ các loại cảm biến trên khoang;
- Tính toán, biến đổi các thông tin đo được thành các thông tin về vị trí
(tọa độ), tốc độ góc và các góc định hướng tức thời thân TBB, gọi
chung là các tọa độ pha;
- So sánh tương ứng các tọa độ pha tức thời với các tọa độ pha chương
trình để xác định sai lệch hình thành các tham số điều khiển;
- Tính toán lệnh điều khiển i (i = 1, n) cho n kênh điều khiển trên cơ
sở của thuật toán dẫn đường và tham số điều khiển.
Dưới tác động của lệnh điều khiển i, máy lái làm quay cánh lái , tạo ra
lực và mômen điều khiển xuất hiện các góc tấn công , góc trượt , góc liệng
, tạo ra gia tốc pháp tuyến W cần thiết, làm thay đổi quỹ đạo thực TBB trùng
với quỹ đạo tính toán do chương trình bay xác định và ổn định thân TBB.
Vấn đề then chốt trong quá trình điều khiển là xác định chính xác tọa độ
tức thời trọng tâm của TBB và định hướng không gian của nó trong các mặt
3
phẳng điều khiển [39]. Giải quyết vấn đề này đều do các phần tử đo – cảm
biến thuộc hệ điều khiển quán tính trên khoang đảm bảo. Việc xác định các
tọa độ tức thời vị trí trọng tâm TBB không phải là vấn đề quá phức tạp.
Truyền thống người ta sử dụng cảm biến gia tốc thẳng theo ba trục hệ tọa độ
vận tốc (TĐVT) để đo. Trong điều kiện hiện nay để khử sai số xác định vị trí
TBB, người ta sử dụng kết hợp thông tin hệ đo truyền thống với thông tin
định vị vệ tinh GPS (Global Positioning System).
Việc xác định và ổn định định hướng tức thời thân của TBB trong hệ tọa
độ liên kết (TĐLK) thông qua việc đo các góc gật, góc hướng, góc liệng cùng
các đạo hàm của chúng là vấn đề cần phải bàn tới, nhất là khi bài toán tối
thiểu hóa khối lượng kết cấu và bảo đảm độ tin cậy của thông tin điều khiển
được đặt ra.
Trong khá nhiều tài liệu liên quan đến việc xác định tọa độ các mục tiêu
mặt đất bằng các TBTS trên không, khái niệm định hướng không gian của vật
mang (TBB) là quan trọng và nhất thiết phải được đề cập [37, 39]. Định
hướng không gian của TBTS liên quan trực tiếp tới vị trí và tọa độ mục tiêu
trong thông tin trinh sát và nó hoàn toàn phụ thuộc vào sự bố trí TBTS trên
khoang và định hướng không gian của TBB.
Với hệ định vị quán tính có đế, việc đo góc định hướng TBB so với
hướng cho trước, người ta sử dụng cơ cấu đế ổn định bằng con quay ba bậc tự
do [4, 10, 37], có đặc điểm là khối lượng lớn (cỡ vài chục kg), giá thành cao,
sai số trôi “0” tích lũy theo thời gian lớn đáng kể. Để hiệu chỉnh trôi “0” của
con quay định vị, người ta sử dụng thông tin của các cảm biến vận tốc góc và
các cảm biến từ trường. Đối với hệ định vị quán tính không đế, việc đo các
góc định hướng của TBB người ta sử dụng con quay 3 bậc tự do kết hợp với
các con quay cảm biến vận tốc góc, các gia tốc kế (accelerometer) được gắn
- Xem thêm -