Tóm tắt Luận án Tổng hợp hệ thống điều khiển cho thiết bị bay có tốc độ thay đổi

ho đối tượng bay này đáp ứng yêu cầu thích nghi với sự thay đổi tốc độ bay. 1.5.2. Vấn đề tổng hợp hệ thống điều khiển thiết bị bay có tốc độ thay đổi - Đặt vấn đề: Xây dựng mô hình động học TBB có tốc độ thay đổi, tổng hợp luật dẫn và các thuật toán điều khiển TBB có tốc độ thay đổi dựa trên lý thuyết điều khiển tối ưu và thích nghi. - Điều kiện và giới hạn vấn đề nghiên cứu: Chỉ xét đến sự thay đổi tốc độ bay ở cuối giai đoạn bay tự lập và trong giai đoạn tự dẫn; Bỏ qua sự 5 quay và độ cong bề mặt trái đất khi xây dựng mô hình động lực học bay; Bộ tham số về động lực học, khí động học, kích thước hình học và phân bố trên khoang TBB được giả định từ một loại tên lửa đối hải nhưng không được nêu tên và ký hiệu; Mọi khảo sát chất lượng HTĐK được thực hiện theo phương pháp mô hình hóa và mô phỏng trên máy tính; Phương pháp tạo lực và mô men điều khiển TBB theo sơ đồ khí động học thông thường; Bài toán chỉ xét đến mô hình động học TBB và cấu trúc của bộ điều khiển TBB khi thay đổi tốc độ; Bài toán xét đến mô hình động hình học tự dẫn TBB có tốc độ thay đổi đến điểm gặp MT di động với giới hạn cự ly nhỏ nhất. - Các vấn đề cần giải quyết được phân thành 4 bài toán sau: + Bài toán 1: Sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp để xây dựng mô hình không gian trạng thái mô tả động hình học tự dẫn TBB có tốc độ thay đổi đến điểm gặp MT di động và có tính đến các yếu tố gây sai số động. + Bài toán 2: Sử dụng lý thuyết điều khiển tối ưu để tổng hợp luật dẫn TBB có tốc độ thay đổi trong giai đoạn tự dẫn đến điểm gặp MT di động. + Bài toán 3: Sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp để xây dựng mô hình không gian trạng thái mô tả động học TBB có tốc độ thay đổi. + Bài toán 4: Sử dụng lý thuyết điều khiển điều khiển thích nghi để tổng hợp luật điều khiển cho TBB có tốc độ thay đổi. 1.6. Kết luận chương 1 1. Hệ thống điều khiển điều khiển kết hợp giữa tự lập và tự dẫn là HTĐK được áp dụng phổ biến cho lớp TBB sử dụng trong quân sự để tiến công các mục tiêu trên biển hoặc trên không. Hệ thống này gồm tổ hợp các thiết bị phức tạp đặt trên khoang TBB. Việc nghiên cứu các thành phần trong hệ thống đã được nhiều công trình trong và ngoài nước đề cập, tuy nhiên vấn đề xây dựng luật điều khiển cho lớp thiết bị bay có tốc độ thay đổi chưa có công trình nào đã phổ biến ở Việt Nam đề cập một cách tường minh. 6 2. Luật dẫn TBB trong giai đoạn tự dẫn được các công trình nghiên cứu trong nước đề xuất trên cơ sở bài toán điều khiển tối ưu, nhưng phương pháp giải quyết bài toán chưa triệt để với các yếu tố tác động như gia tốc MT, gia tốc dọc trục TBB và gia tốc trọng trường. 3. Các bài toán đặt ra nhằm mục đích giải quyết các vấn đề còn tồn tại mà các công trình nghiên cứu trước đây chưa đề cập đến như đã nêu ở trên. Các vấn đề này sẽ được thực hiện trong các chương tiếp theo của luận án. Chương 2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH GIA TỐC PHÁP TUYẾN TỐI ƯU CHO MỘT LỚP THIẾT BỊ BAY TRONG GIAI ĐOẠN TỰ DẪN THEO THÔNG TIN VỀ TỐC ĐỘ QUAY ĐƯỜNG NGẮM 2.1. Mô hình động học tự dẫn thiết bị bay Xét một lớp TBB trong giai đoạn tự dẫn thực hiện tiến công MT. Giả sử tại thời điểm bắt đầu tự dẫn TBB đã thực hiện quay về hướng tới điểm gặp MT và chuyển động của TBB được hạn chế với độ lệch nhỏ theo hướng đến điểm gặp. Tương quan hình học giữa TBB và MT trong giai đoạn tự dẫn được thể hiện trên hình 2.1. Hình 2.1. Tương quan hình học giữa TBB và MT trong giai đoạn tự dẫn 2.1.1. Mô hình động học tự dẫn thiết bị bay trong mặt phẳng ngang Qua các phép biến đổi và đặt biến trạng thái ta có mô hình ĐHH tự dẫn TBB trong mặt phẳng ngang (kênh ngang) dưới dạng không gian trạng thái: n n n n nn nx A x B u C    (2.11) Trong đó:   T n nnx    ; n tnu =W  ; n mn xnW W    7 0 1 2 0 n t A V d          ; 0 1nB d         ; 0 1nC d         2.1.2. Mô hình động học tự dẫn thiết bị bay trong mặt phẳng đứng Thiết lập tương tự trong mặt phẳng ngang ta có mô hình ĐHH tự dẫn TBB trong mặt phẳng đứng (kênh đứng): d d d d dd d x A x B u C    (2.21) Trong đó:   T d ddx    ; d tdu =W  ; d md xdW W g      0 1 2 0 d t A V d          ; 0 1dB d         ; 0 1dC d         2.2. Bài toán điều khiển tối ưu khi có tác động của nhiễu Xét một hệ thống tuyến tính có tác động của nhiễu dưới dạng: X AX BU C   (2.22) Tìm biến điều khiển U để cực tiểu hàm chỉ tiêu chất lượng: 0 1 1 2 2 ft T T T f f t J X ( t ). .X( t ) ( X QX U RU )dt min    (2.23) Khi này biến điều khiển tối ưu tương ứng: 1 1 1 * T T xU (t ) R B K ( t )X R B K ( t )     (2.28) Trong đó xK ( t ) , 1K ( t ) là nghiệm của hệ phương trình: 1 T T x x x x x x fK (t ) K ( t )BR B K ( t ) K ( t )A A K ( t ) Q, K ( t )       (2.29) 1 1 1 1 0 T T x x fK ( t ) K ( t )BR B A K ( t ) K ( t )C , K ( t )        (2.30) - Ma trận hệ số Kx hoàn toàn có thể xác định trước bằng cách giải hệ phương trình (2.29) khi các ma trận A, B, Q không thay đổi trong quá trình điều khiển. - Vì điều kiện biên của (2.30) ở phía phải, nên để xác định K1(t) ở thời điểm t cần phải dự đoán được ξ ở thời điểm tương lai trong khoảng (t0, tf) . 8 2.3. Thuật toán xác định gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh ngang Từ biểu thức (2.28) áp dụng với mô hình động học tự dẫn TBB (2.11) ta có gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh ngang: 1 1 1n n * T T n x nnu ( t ) R B K ( t )x R B K ( t )     (2.31) Trong đó: nx K ( t ) , 1nK ( t ) là nghiệm của hệ phương trình: 1 n n n n n n T T x x n n x x n n x x fK (t ) K ( t )B R B K ( t ) K ( t )A A K ( t ) Q, K ( t )       (2.32) 1 1 1 1 0n n n n n T T x n n n x n n fK ( t ) K ( t )B R B A K ( t ) K ( t )C , K ( t )        (2.33) Bằng các phép biến đổi toán học ta có 1nK ( t ) : 1 n n n ( t T ) ( t ) x n t K ( t ) e K C ( )d         (2.46) Việc giải phương trình (2.32) để xác định nx K ( t ) được thực hiện theo phương pháp của Devinxon-Maki: 21 1 22 11 12( ) [ . ][ . ]nxK t              (2.47) Xét dạng phổ biến của hàm chỉ tiêu chất lượng (2.23) với: 0 0 0 0 1 0 0 0 0                 R ; Q , q ; , q    ta có 11 12 21 22         n n n n n x x x n x x k k K ( t ) N k k (2.61) Trong đó: 2 2 2 2 2 2 2 3 1 1 1 1 ( ) ( ) ( )( ) 2 6 nN a b a b q a b q a b             11 0 nxk  , 12 0 nxk  , 21 0 nxk  2 2 2 2 2 3 22 1 1 2 6 nxk ( q a ) ( a qb ) ( a b q )( q a )             2 tVa d   ; 1 b ; d   1 c d  Thay (2.60) vào (2.45) ta có: 9 11 1 22 2221 0              n n n t T n nxnn t k ( t ) K ( t ) N c ( )d kk ( t )     (2.64) Trong đó: 22 2 2 2 3 2 2 2 3 2 3 1 0 1 1 1 1 1 2 6 2 6 n a ( a qb ) a ( a qb ) ( a qab )                       Thay (2.61) và (2.64) vào (2.31) ta có gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh ngang như sau: 22 22 n t T x n tn n n mn xn t W = N bk c W ( ) W ( ) d                     (2.66) 2.4. Thuật toán xác định gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh đứng Tương tự các phép biến đổi toán học như kênh ngang ta có gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh đứng như sau: 22 22 d t T x d td d d md xd t W = N bk c W ( ) W ( ) g d                       (2.68) Từ biểu thức (2.66), (2.68) và các biến đổi toán học ở trên chứng tỏ: gia tốc pháp tuyến tối ưu của TBB trong giai đoạn tự dẫn ngoài sự phụ thuộc vào trạng thái tốc độ quay đường ngắm TBB-MT, còn phụ thuộc vào gia tốc MT, gia tốc trọng trường và gia tốc dọc trục TBB trong khoảng thời gian tương lai gần nhất định. Tổng gia tốc pháp tuyến kênh ngang và kênh đứng chính là gia tốc pháp tuyến TBB cần phải tạo ra nhằm làm tốc độ đường ngắm tiến đến giá trị 0 để cho TBB gặp MT. 2.5. Kết luận chương 2 1. Các mô hình trạng thái mô tả động hình học tự dẫn TBB trong mặt phẳng ngang (2.11) và mặt phẳng đứng (2.21) thể hiện đầy đủ các yếu tố của mô hình động hình học tự dẫn TBB có tốc độ thay đổi, đồng thời thể hiện được các yếu tố tác động như gia tốc cơ động của MT, gia tốc dọc trục TBB và gia tốc trọng trường như một thành phần nhiễu tác động. 10 2. Luật dẫn tối ưu kênh ngang (2.66) và kênh đứng (2.68) được tổng hợp trên cơ sở ứng dụng bài toán điều khiển tối ưu trong điều kiện có tác động của nhiễu; 3. Luật dẫn tối ưu cho TBB có tốc độ thay đổi đến điểm gặp MT ngoài sự phụ thuộc vào tốc độ quay đường ngắm TBB-MT, còn phụ thuộc vào gia tốc MT, gia tốc trọng trường và gia tốc dọc trục TBB trong khoảng thời gian tương lai gần nhất định. 4. Vấn đề điều khiển các kênh lái TBB để tạo gia tốc pháp tuyến đạt yêu cầu theo các thuật toán đề xuất ở chương này đòi hỏi phải tiếp tục xây dựng các thuật toán điều khiển cho từng kênh của chủng loại TBB cụ thể. Đây là vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Chương 3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO THIẾT BỊ BAY CÓ TỐC ĐỘ THAY ĐỔI 3.1. Xây dựng mô hình động học thiết bị bay có tốc độ thay đổi 3.1.1. Các lực và mô men tác dụng lên thiết bị bay Khi TBB chuyển động trong không gian sẽ chịu tác động của các lực và mô men: Lực đẩy của động cơ (P); Trọng lực (G); Lực điều khiển; Lực khí động học (Rtp). 3.1.2. Hệ phương trình toán mô tả chuyển động của thiết bị bay Khi nghiên cứu chuyển động của TBB trong không gian, người ta sử dụng định luật II Newton dưới dạng tổng quát để biểu diễn phương trình chuyển động của tâm khối và chuyển động quay của nó quanh tâm khối. 3.1.3. Mô hình động học thiết bị bay có tốc độ thay đổi a) Mối quan hệ giữa thay đổi tốc độ bay và lực đẩy Với giả thiết các góc tấn, góc trượt nhỏ và bỏ qua tác động của gió ta có mối quan hệ giữa tốc độ TBB và lực đẩy của động cơ: 0 2 k x P V C S  hoặc 0 2 2 k xV C S P   (3.28) 11 b) Mô hình chuyển động quay theo trục dọc (kênh Cren) ( ) ( )l l l l x A v x B v u y D x      (3.30) Trong đó:    1 2 T T xx x x    ; l lu  ;  1 0lD  2 0 1 0 2 x l k xb x A ( v ) V SL m j             ; 2 0 2 l l k cl xb x B ( v ) V S L m j             c) Mô hình chuyển động quay theo trục đứng (kênh ngang) ( ) ( )h h h h x A v x B v u y D x      (3.42) Trong đó:  1 2 TT yx x x       ; h hu  ;  1 0hD  2 2 2 1 2 2 2 y k z h k k yb yb y y V S C m A ( v ) V SL V SL m m j j                  ; 2 0 2 h k cl y B ( v ) V S L j             d) Mô hình chuyển động quay theo trục ngang (kênh đứng) ( ) ( )c c c c x A v x B v u y D x      (3.55) Trong đó:    1 2 T T zx x x    ; c cu  ;  1 0cD  0 2 2 1 2 2 2 z k x y c k a k cl a zb zb z z V S ( C C ) m A ( v ) V Sb V S b m m j j                   ; 2 0 2 c c k cl a zb z B ( v ) V S b m j             3.2. Bài toán điều khiển thích nghi Với các mô hình (3.30), (3.42), (3.55), luận án ứng dụng phương pháp điều khiển thich nghi tham chiếu mô hình (MRA) để tổng hợp bộ điều khiển. Nguyên lý cơ bản của hệ thống MRA thể hiện trên hình 3.5. 12 Hình 3.5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển MRA 3.3. Xây dựng thuật toán thích nghi ổn định góc Cren cho thiết bị bay có tốc độ thay đổi Với mô hình động học TBB kênh Cren (3.30), bài toán cần giải là tìm biến điều khiển ul sao cho đáp ứng đầu ra γ (góc Cren của TBB) được duy trì ổn định ở trạng thái γ =0 và thích nghi với sự thay đổi của tốc độ bay. Ứng dụng phương pháp ổn định Lyapunov xác định được luật khiển thích nghi ul kênh Cren có dạng: l e y x ru e x   (3.62) Trong đó e ; x là nghiệm của hệ phương trình: 1 1 1 2 2 2 1 T e e r l T x x r l er T x x r lr x e P B ( v ) x e P B ( v ) x e P B ( v )                       (3.76) 3.4. Xây dựng thuật toán điều khiển thích nghi góc trượt cạnh thiết bị bay bám theo gia tốc pháp tuyến tối ưu Vì gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh ngang theo yêu cầu của thuật toán trong chương 2 tỉ lệ với góc trượt cạnh tối ưu, nên việc bám theo gia tốc pháp tuyến tối ưu tương ứng với việc bám theo góc trượt cạnh tối ưu: tn c c n W y K ( v )    (3.79) Vậy bài toán đặt ra cần xây dựng thuật toán điều khiển thỏa mãn đầu ra của đối tượng (3.30) bám theo góc trượt cạnh tối ưu (3.79), đồng thời thích nghi với sự thay đổi tốc độ bay. Từ yêu cầu của bài toán, trước tiên sẽ xây dựng luật điều khiển tối ưu LQ, sau đó sử dụng mô hình tham chiếu với bộ điều khiển tối ưu LQ để tổng hợp luật điều khiển thích nghi. 13 3.4.1. Tổng hợp bộ điều khiển tối ưu để ổn định góc trượt cạnh thiết bị bay Cấu trúc vòng kín của HTĐK ổn định góc trượt cạnh TBB sử dụng bộ điều khiển tối ưu LQ được trình bày trong hình 3.7 Hình 3.7. Cấu trúc HTĐK vòng kín ổn định góc trượt cạnh TBB có tốc độ thay đổi sử dụng bộ điều khiển tối ưu Đặt sai số giữa đáp ứng đầu ra y và tín hiệu yêu cầu yc là một biến trạng thái mới ta có: y с с he y y y D x    (3.80) Mô hình không gian trạng thái mở rộng của hệ thống điều khiển ổn định góc trượt cạnh TBB có dạng: he he h y c he X A X B u B y y D X        (3.82) Trong đó: T yX x e    ;  0he hD D 2 10 0 p he h A ( v ) A D       ; 2 10 1 yB        ; 0 h he B ( v ) B        Sử dụng nhân tử Lagrance và hàm Hamilton xác định được luật điều khiển tối ưu ổn định góc trượt cạnh có dạng: T hlq hlqu K X( t ) (3.89) Trong đó 1T T hlq heK R B P( t )   và P(t) là nghiệm của phương trình: 1 0T The he he heP( t )A A P( t ) P( t )B R B P( t ) Q     (3.90) 3.4.2. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi góc trượt cạnh TBB bám theo gia tốc pháp tuyến tối ưu Nếu coi bộ điều khiển tối ưu (3.89) là bộ điều khiển gốc trong mô hình tham chiếu. Khi này cấu trúc hệ thống điều khiển MRA cho đối tượng (3.82) được thể hiện trên hình 3.8. 14 Hình 3.8. Cấu trúc hệ thống điều khiển thích nghi góc trượt cạnh thiết bị bay Ứng dụng tiêu chuẩn ổn định Lyapunov xác định được luật điều khiển thích nghi góc trượt cạnh: Thad hadu K X , 3 1 hadK R  (3.91) Trong đó hadK là nghiệm của phương trình: Thad x r heK Xe P B   (3.104) Luật điều khiển kết hợp giữa tối ưu LQ và MRA cho mô hình TBB kênh hướng (3.42) có dạng: T T h hlq hadu ( t ) K X( t ) K X( t )  (3.111) 3.5. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi góc tấn TBB bám theo gia tốc pháp tuyến tối ưu Góc tấn yêu cầu tương ứng với gia pháp tuyến tối ưu kênh đứng có dạng: tdc d W K ( v )    (3.108) Tương tự phân tích và biến đổi toán học trong mục 3.4, ta có luật điều khiển kết hợp giữa tối ưu LQ và MRA cho mô hình TBB kênh đứng (3.55) như sau: T T c clq cadu ( t ) K X( t ) K X( t )  (3.114) trong đó: 1T T clq ceK R B P( t )   và P(t) là nghiệm của phương trình: 1 0T Tce ce ce ceP( t )A A P( t ) P( t )B R B P( t ) Q     T cadK là nghiệm của phương trình T cad x r ceK Xe P B   15 3.6. Kết luận chương 3 1. Việc thay đổi tốc độ bay cho mục đích sử dụng được thực hiện bằng cách thay đổi lực đẩy của động cơ phản lực. Khi tốc độ bay thay đổi dẫn tới các thành phần lực khí động học và mô men khí động học tác động lên TBB thay đổi. Sự thay đổi này làm thay đổi trạng thái góc của TBB, vì vậy để duy trì ổn định trạng thái góc của TBB theo gia tốc pháp tuyến tối ưu tương ứng cần phải xây dựng luật điều khiển thích nghi với sự thay đổi của tốc độ bay. 2. Việc ổn định góc Cren ở giá trị 0 cho phép phân kênh chuyển động trong mặt phẳng thẳng ngang và mặt phẳng đứng độc lập nhau. Vì vậy cần xây dựng mô hình chuyển động của TBB theo 3 kênh: kênh Cren, kênh ngang và kênh đứng để phục vụ cho tổng hợp lệnh điều khiển. 3. Các mô hình trạng thái mô tả động học các kênh của TBB đã xây dựng có ma trận trạng thái và ma trận điều khiển phụ thuộc vào tham số tốc độ bay, thể hiện đầy đủ mối quan hệ động học giữa trạng thái góc của TBB và tốc độ TBB cho phép ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi để tổng hợp luật điều khiển. 4. Từ thông tin định hướng và trạng thái TBB cho phép tổng hợp lệnh điều khiển các cơ cấu lái theo luật điều khiển thích nghi với sự thay đổi tốc độ của TBB. Các thuật toán điều khiển trong chương này là cơ sở để thực nghiệm mô phỏng trên máy tính và đánh giá với mô hình TBB giả định trong chương 4 của luận án. Chương 4 MÔ PHỎNG KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BAY CÓ TỐC ĐỘ THAY ĐỔI 4.1. Mô phỏng vòng điều khiển tự dẫn TBB có tốc độ thay đổi 4.1.1. Mô hình vòng điều khiển tự dẫn TBB có tốc độ thay đổi Từ mô hình ĐHH tự dẫn TBB (2.11), (2.21), luật dẫn TCTL (1.12) và luật dẫn tối ưu đã tổng hợp (2.66), (2.68) xây dựng sơ đồ Simulink mô hình ĐHH tự dẫn, luật dẫn và vòng điều khiển tự dẫn TBB được thể hiện trên các hình 4.1, 4.2 và 4.3. 16 Hình 4.1. Sơ đồ Simulink động hình học tự dẫn TBB Hình 4.2. Sơ đồ Simulink tổng hợp luật dẫn tối ưu Hình 4.3. Sơ đồ Simulink vòng điều khiển tự dẫn TBB 4.1.2. Kết quả mô phỏng vòng tự dẫn kênh ngang TBB giả định Mô phỏng, khảo sát vòng điều khiển tự dẫn kênh ngang của một lớp TBB giả định tiến công MT trên biển theo luật dẫn TCTL và luật dẫn tối ưu X2_dotX1_dot 4 b 3 a 2 x_2 1 x_1 1 s 1 s -1 -1 -1 -1 2 1 5 z 4 Sigma_0 3 d_dot 2 u 1 d 1 U x K_x Kx_X TINH Kx_X a_b Nb K_x Nb^2 TINH K_x K_x Nb^2 A_B B_K1 TINH K_1 3 A_B 2 X 1 Z X A B Z Tau u LUAT DAN Tham so MO HINH MUC TIEU W_Pyc W_P MO HINH THIET BI BAY Tham so u X A B Z Tau DONG HINH HOC TU DAN 17 Hình 4.4. Quỹ đạo TBB và MT khi tốc độ không đổi Hình 4.5. Quỹ đạo và độ trượt tức thời khi tốc độ TBB thay đổi với gia tốc 1m/s2 Hình 4.7. Quỹ đạo và độ trượt tức thời khi tốc độ TBB thay đổi với gia tốc 3m/s2 và tốc độ MT thay đổi với gia tốc 0.2m/s2 Hình 4.8. Quỹ đạo và độ trượt tức thời khi tốc độ TBB thay đổi với gia tốc 3m/s2 và tốc độ MT thay đổi với gia tốc 0.5m/s2 4.1.3. Kết quả mô phỏng vòng tự dẫn kênh đứng TBB giả định Hình 4.9. Quỹ đạo TBB đối không và mục tiêu khi tốc độ không đổi Hình 4.10. Quỹ đạo, độ trượt tức thời khi tốc độ TBB thay đổi với gia tốc -2g và tốc độ MT thay đổi với gia tốc 1g 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 x 10 4 0 200 400 600 800 C u l y n g a n g - Z ,( m ) cu ly doc - X,(m) Quy dao TBB va MT trong mat phang ngang QD MT Luat dan TCTL Luat dan toi uu 0 0.5 1 1.5 2x 10 4 0 500 1000 1500 2000 0 5 10 Z,(m) Quy dao TBB va MT trong khong gian X,(m) H ,( m ) 0 1 2 x 10 4 0 500 1000 1500 0 5 10 Z,(m) Quy dao TBB va MT trong khong gian X,(m) H ,( m ) Luat dan TCTL Luat dan toi uu QD muc tieu 0 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 Thoi gian(s) (m ) Do truot tuc thoi Luat dan TCTL Luat dan toi uu 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 0 500 1000 1500 0 5 10 Z,(m) Quy dao TBB va MT trong khong gian X,(m) H ,( m ) Luat dan TCTL Luat dan toi uu QD muc tieu 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 Thoi gian(s) (m ) Do truot tuc thoi Luat dan TCTL Luat dan toi uu 0 0.5 1 1.5 2 x 10 4 0 500 1000 1500 0 5 10 Z,(m) Quy dao TBB va MT trong khong gian X,(m) H ,( m ) Luat dan TCTL Luat dan toi uu QD muc tieu 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 Thoi gian(s) (m ) Do truot tuc thoi Luat dan TCTL Luat dan toi uu 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 x 10 4 8800 9000 9200 9400 9600 9800 10000 10200 Cu ly ngang - X,(m) C u l y d u n g - Y ,( m ) Quy dao TBB va MT trong mat phang dung QDMT TBB LDTU TBB LDTCTL 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 x 10 4 9000 9500 10000 Cu ly ngang - X,(m) C u l y d u n g - Y ,( m ) Quy dao TBB va MT trong mat phang dung QDMT TBB LDTU TBB LDTCTL 0 2 4 6 8 10 12 -100 0 100 200 300 Thoi gian,(s) D o t ru o t, (m ) Do truot tuc thoi LD toi uu LD TCTL 18 Hình 4.14. Quỹ đạo, độ trượt tức thời khi tốc độ TBB thay đổi với gia tốc 6g và MT cơ động xuống thấp với gia tốc 4g Hình 4.15. Quỹ đạo, độ trượt tức thời khi tốc độ TBB thay đổi với gia tốc 6g và MT cơ động lên cao với gia tốc 4g Nhận xét: - Khi tốc độ của TBB và MT không đổi (hình 4.4, 4.9) thì quỹ đạo chuyển động của TBB khi dẫn bằng luật dẫn TCTL và luật dẫn tối ưu trùng nhau và trúng điểm gặp. - Khi cả tốc độ TBB và MT thay đổi (hình 4.5, 4.7, 4.8, 4.10) thì luật dẫn TCTL không thể dẫn TBB đến điểm gặp MT. Trong khi đó luật dẫn tối ưu vẫn đảm bảo dẫn TBB trúng MT tại điểm gặp. - Khi tốc độ TBB thay đổi và mục tiêu cơ động xuống thấp hoặc lên cao (hình 4.14, 4.15) thì luật dẫn tối ưu vẫn đảm bảo dẫn TBB trúng MT tại điểm gặp, còn luật dẫn TCTL không dẫn TBB đến điểm gặp MT. - Trong các trường hợp khảo sát cho thấy độ trượt lớn nhất và tốc độ thay đổi độ trượt tức thời khi sử dụng luật dẫn tối ưu đều nhỏ hơn so với khi sử dụng luật dẫn TCTL truyền thống. 4.2. Mô phỏng khảo sát hệ thống điều khiển ổn định góc tấn thiết bị bay có tốc độ thay đổi 4.2.1. Mô hình chuyển động quay của TBB giả định trong mặt phẳng đứng Sơ đồ Simulink mô hình chuyển động quay của TBB có tốc độ thay đổi theo trục OZb của HTĐ liên kết được thể hiện trên hình 4.1. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 x 10 4 9000 9500 10000 Cu ly ngang - X,(m) C u l y d u n g - Y ,( m ) Quy dao TBB va MT trong mat phang dung QDMT TBB LDTU TBB LDTCTL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -100 0 100 200 300 Thoi gian,(s) D o t ru o t, (m ) Do truot tuc thoi LD toi uu LD TCTL 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 x 10 4 9000 9500 10000 10500 11000 Cu ly ngang - X,(m) C u l y d u n g - Y ,( m ) Quy dao TBB va MT trong mat phang dung QDMT TBB LDTU TBB LDTCTL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -100 0 100 200 300 Thoi gian,(s) D o t ru o t, (m ) Do truot tuc thoi LD toi uu LD TCTL 19 Hình 4.16. Sơ đồ Simulink mô hình động học thiết bị bay giả định Quy luật thay đổi tốc độ bay được xây dựng theo biểu thức: 0 0 0 2 1 V V V Wt V a( t - t )       1 1 2 2 Khi t t Khi t t t Khi t t     (4.1) 4.2.2. Mô phỏng HTĐK ổn định góc tấn TBB với bộ điều khiển PID Với bộ tham số TBB giả định, sử dụng công cụ tối ưu hóa thông số bộ điều khiển PID trong Simulink ta nhận được: 34.5; 27.5; 13.3P I DK K K     . 4.2.3. Mô phỏng HTĐK ổn định góc tấn TBB với bộ điều khiển MRA Sơ đồ Simulink luật thích nghi cho đối tượng bay (3.55) thể hiện trên hình 4.22. Hình 4.22. Sơ đồ Simulink tổng hợp luật thích nghi của bộ điều khiển MRA 3 X 2 B 1 y V Alpha M_alpha M_Delta M_omega Tinh he so momen Alpha V C_alpha C_Delta Tinh he so luc Mde_u Mal_x1 M0_x2 1 s 1 s Integrator V Dieu khien toc do bay Cdel_delta Cal_alpha 1 Delta_c Phi_r Phi_x Phi_x Phi_e 1 Phi 1/s 1/s 1/s 1/s In Out Ham tinh e_P_B -0.2 -1 -30 -2 5 Yc 4 Xr 3 e 2 X 1 B 20 Trong đó các ma trận của mô hình tham chiếu được chọn như sau: 0 1 0 8 3 8 cr cr crA ; B ; D [1 0];               Với 2 0 0 2 Q        ta tìm được 0 8 1 3 1 3 2 7 r . . P . .       Các giá trị e , x , r được chọn thỏa mãn tốc độ hội tụ của sai số e. 4.2.4. Mô phỏng HTĐK ổn định góc tấn TBB với bộ điều khiển LQ Với các tham số TBB giả định ứng dụng hàm lqr(A,B,Q,R) trong Matlab và chọn Q diag( I ) , R=1 nhận được thông số bộ điều khiển tối ưu LQ kênh đứng:  18 34 4 31 24 49   TclqK . . . . 4.2.5. Mô phỏng hệ thống điều khiển ổn định góc tấn TBB với bộ điều khiển tích hợp giữa tối ưu LQ và MRA Sơ đồ Simulink tổng hợp luật thích nghi của bộ điều khiển LQ-MRA cho đối tượng (3.55) thể hiện trên hình 4.25. Hình 4.25. Sơ đồ Simulink tổng hợp luật thích nghi của bộ điều khiển LQ - MRA Với tham số TBB giả định và Q diag( I ) xác định được: r 0.274 -0.408 -0.5 P -0.408 0.859 -0.318 -0.5 -0.318 0.147          Giá trị x được chọn thỏa mãn tốc độ hội tụ của ex:  204 140 2x  1 K_ad Interpreted MATLAB Fcn Tinh_ePB B a Tinh_PB 1 s 1 s 1 s -2 G3 -140 G2 -204 G1 3 e_x 2 X 1 B 21 4.2.6. Kết quả mô phỏng và nhận xét Hình 4.26. Đáp ứng điều khiển khi tốc độ bay không đổi Hình 4.27. Đáp ứng điều khiển khi tốc độ bay tăng 50% Hình 4.28. Đáp ứng điều khiển khi tốc độ bay giảm 30% Hình 4.29. Tín hiệu điều khiển cánh lái kênh cao khi tốc độ bay tăng