Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao chất lượng quá trình tự dẫn tên lửa trên cơ sở sử dụng kết hợp logic mờ và giải thuật di truyền

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:147

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lượng quá trình tự dẫn tên lửa trên cơ sở sử dụng kết hợp logic mờ và giải thuật di truyền” được đặt ra với mục đích xây dựng và hoàn thiện một luật dẫn cho tên lửa tự dẫn trong điều kiện có nhiễu và mục tiêu cơ động. Nhằm nâng cao độ chính xác điều khiển trong giai đoạn tự dẫn khi tiêu diệt các loại mục tiêu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao chất lượng quá trình tự dẫn tên lửa trên cơ sở sử dụng kết hợp logic mờ và giải thuật di truyền

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN MINH HỒNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG QUÁ TRÌNH TỰ DẪN TÊN LỬA TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG KẾT HỢP LOGIC MỜ VÀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN MINH HỒNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG QUÁ TRÌNH TỰ DẪN TÊN LỬA TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG KẾT HỢP LOGIC MỜ VÀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Mã số: 62 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS PHẠM TRUNG DŨNG 2. TS ĐOÀN THẾ TUẤN HÀ NỘI – NĂM 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Minh Hồng Nguyễn Minh Hồng
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn khoa học, PGS.TS Phạm Trung Dũng và TS Đoàn Thế Tuấn, đã định hướng, kiểm tra kết quả nghiên cứu, giúp đỡ và khuyến khích tôi hoàn thành luận án. Tôi cũng xin cảm ơn các nhà khoa học và tập thể cán bộ giáo viên Bộ môn Tên lửa / Khoa Kỹ thuật điều khiển đã quan tâm đóng góp ý kiến giúp đỡ tôi hoàn thiện nội dung nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Kỹ thuật điều khiển / Học viện Kỹ thuật quân sự đã chia sẻ công việc giúp tôi có thời gian tập trung thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã luôn động viên khuyến khích giúp tôi có thêm nghị lực để hoàn thành nội dung luận án.
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .................................. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................. ix DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................. xiii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LUẬT DẪN TÊN LỬA TỰ DẪN ............. 7 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu của nước ngoài ...................................... 7 1.1.1. Các luật dẫn kinh điển .......................................................................... 9 1.1.1.1. Dẫn ba điểm .................................................................................... 9 1.1.1.2. Dẫn đuổi........................................................................................ 10 1.1.1.3. Dẫn tiếp cận tỉ lệ ........................................................................... 12 1.1.1.4. Một số hạn chế của luật dẫn kinh điển ......................................... 13 1.1.2. Các luật dẫn sử dụng lý thuyết điều khiển hiện đại ............................ 13 1.1.2.1. Dẫn tối ưu ..................................................................................... 14 1.1.2.2. Dẫn dự báo .................................................................................... 15 1.1.2.3. Dẫn trò chơi vi phân ..................................................................... 15 1.1.2.4. Một số hạn chế của các luật dẫn đã được phát triển trên cơ sở lý thuyết điều khiển hiện đại .......................................................................... 16 1.1.3. Các luật dẫn sử dụng các công cụ của điều khiển thông minh ........... 17 1.1.3.1. Các luật dẫn sử dụng mạng neural................................................ 19 1.1.3.2. Các luật dẫn sử dụng logic mờ ..................................................... 20 1.1.3.3. Một số hạn chế của các luật dẫn đã được phát triển trên cơ sở sử dụng các công cụ của điều khiển thông minh............................................ 21 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ............................................ 22 1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu .............................................................................. 23 1.4. Kết luận chương ........................................................................................ 24
iv Chương 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ VÀ LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ MỜ............................................................. 26 2.1. Quan hệ động hình học tên lửa – mục tiêu trong mặt phẳng đứng ........... 27 2.2. Đánh giá chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ khi mục tiêu cơ động ........................................................................................ 33 2.2.1. Đánh giá tác động sự cơ động của mục tiêu lên luật dẫn tiếp cận tỉ lệ dựa vào biểu thức giải tích ............................................................................ 33 2.2.2. Xây dựng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ .................................................... 37 2.2.3. Kết quả khảo sát đánh giá tác động của mục tiêu cơ động lên luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bằng phương pháp số.................. 42 2.3. Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ ............................................................................. 47 2.3.1. Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ bằng phương pháp giải tích ....................................................................... 48 2.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng của hệ thống dẫn sử dụng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bằng phương pháp số ........ 58 2.3.2.1. Mô hình nhiễu tản mát tâm phản xạ ............................................. 58 2.3.2.2. Mô hình nhiễu pha-đinh ............................................................... 60 2.3.2.3. Kết quả khảo sát............................................................................ 60 2.4. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 64 Chương 3: TỐI ƯU HOÁ LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ MỜ DỰA TRÊN GIẢI THUẬT DI TRUYỀN ............................................................................... 65 3.1. Giải thuật di truyền ................................................................................... 65 3.1.1. Khái niệm ............................................................................................ 65 3.1.2. Cấu trúc giải thuật di truyền ............................................................... 66 3.2. Tối ưu luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền ......................... 72 3.2.1. Tối ưu hàm liên thuộc của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền ............................................................................................................ 73 3.2.1.1. Cấu trúc luật dẫn vi phân tỉ lệ mờ tối ưu hàm liên thuộc ............. 73 3.2.1.2. Giải thuật di truyền tối ưu hàm liên thuộc .................................... 78
v 3.2.2. Tối ưu hệ quy tắc mờ của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền ............................................................................................................ 79 3.2.2.1. Cấu trúc luật dẫn vi phân tỉ lệ mờ tối ưu hệ quy tắc mờ .............. 80 3.2.2.2. Giải thuật di truyền tối ưu hệ quy tắc mờ ..................................... 84 3.2.3. Tối ưu hàm liên thuộc và hệ quy tắc mờ của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền .................................................................................. 84 3.2.3.1. Cấu trúc luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu ..................................... 85 3.2.3.2. Giải thuật di truyền tối ưu hàm liên thuộc và hệ quy tắc mờ ....... 85 3.3. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 86 Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ MỜ TỐI ƯU ....................................................................................................................... 88 4.1. Phương pháp và điều kiện khảo sát .......................................................... 88 4.2. Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu hàm liên thuộc ......................................... 89 4.2.1. Kết quả thực hiện giải thuật di truyền ................................................ 89 4.2.2. Kết quả khảo sát luật dẫn .................................................................... 93 4.2.3. Nhận xét .............................................................................................. 99 4.3. Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu hệ quy tắc mờ ..................................... 100 4.3.1. Kết quả thực hiện giải thuật di truyền .............................................. 100 4.3.2. Kết quả khảo sát luật dẫn .................................................................. 102 4.3.3. Nhận xét ............................................................................................ 108 4.4. Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu hàm liên thuộc và hệ quy tắc mờ.............. 108 4.4.1. Kết quả thực hiện giải thuật di truyền .............................................. 108 4.4.2. Kết quả khảo sát ................................................................................ 113 4.4.3. Nhận xét ............................................................................................ 119 4.5. Kết luận chương 4 ................................................................................... 119 KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................ 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ............................................... 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 124
vi DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Bảng chữ cái viết tắt TLPK Tên lửa phòng không TLKQ Tên lửa không quân PK-KQ Phòng không – Không quân UAV Thiết bị bay không người lái APN Tiếp cận tỉ lệ tăng cường PID Vi – tích phân tỉ lệ PN Tiếp cận tỉ lệ PF Tỉ lệ mờ PDF Vi phân tỉ lệ mờ PIF Tích phân tỉ lệ mờ BN Âm lớn MN Âm vừa SN Âm nhỏ Z Không SP Dương nhỏ MP Dương vừa BP Dương lớn GA Giải thuật di truyền VĐK Vòng điều khiển ĐHH Động hình học
vii 2. Bảng ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa Hệ tọa độ gắn với mặt đất (nằm trong mặt phẳng phương vị) Hệ tọa độ quy tắc mờ / Vận tốc tên lửa / Vận tốc mục tiêu / Vận tốc tiếp cận tên lửa – mục tiêu / Lệnh gia tốc pháp tuyến tên lửa / Thành phần vuông góc với đường ngắm tên lửa – mục tiêu của lệnh gia tốc pháp tuyến tên lửa ∥ / Thành phần song song với đường ngắm tên lửa – mục tiêu của lệnh gia tốc pháp tuyến tên lửa / Giá trị cực đại của / Gia tốc pháp tuyến mục tiêu Quá tải mục tiêu / Gia tốc pháp tuyến tên lửa Khoảng cách giữa tên lửa và mục tiêu Tọa độ tên lửa trên trục X Tọa độ tên lửa trên trục Y Tọa độ mục tiêu trên trục X Tọa độ mục tiêu trên trục Y Góc đường ngắm tên lửa – mục tiêu / Tốc độ góc đường ngắm tên lửa – mục tiêu / Gia tốc góc đường ngắm tên lửa – mục tiêu Góc đường bay của mục tiêu Góc đón Sai số góc đón Tọa độ tên lửa trên trục Y trong trường hợp tuyến tính Tọa độ mục tiêu trên trục Y trong trường hợp tuyến tính Khoảng cách tương đối tên lửa – mục tiêu trên trục Y trong trường hợp tuyến tính Hệ số dẫn Toán tử Laplace Hằng số thời gian của khâu quán tính mô tả động học của tên lửa
viii Thời điểm gặp Thời điểm bắt đầu cơ động Thời điểm hết cơ động Giá trị của gia tốc trọng trường 9.81 / Nhiễu tản mát tâm phản xạ Nhiễu pha-đinh Φ / Hàm mật độ phổ công suất của nhiễu tản mát tâm phản xạ Φ / Hàm mật độ phổ công suất của nhiễu pha-đinh Độ trượt tại thời điểm gặp Độ lệch quân phương độ trượt gây ra bởi nhiễu tản mát tâm phản xạ Độ lệch quân phương độ trượt gây ra bởi nhiễu pha- đinh Giá trị căn quân phương của độ trượt khi nhiễu tản mát tâm phản xạ tác động vào hệ thống Giá trị căn quân phương của độ trượt khi nhiễu pha- đinh tác động vào hệ thống Kích thước quần thể Xác suất lai ghép Xác suất đột biến Tham số xác định mức độ phụ thuộc vào số lần lặp trong phép đột biến không đồng nhất , ,…, Các chuỗi nhiễm sắc thể bố mẹ , ,…, , ,…, Chuỗi nhiễm sắc thể con Xác suất chọn lọc Quần thể cá thể ban đầu Quần thể cá thể mới Cá thể thứ k của quần thể ban đầu Các thể thứ k của quần thể mới Giá trị chặn dưới của nhiễm sắc thể con Giá trị chặn trên của nhiễm sắc thể con Nhiễm sắc thể sau khi bị đột biến . Hàm thích nghi , , Bộ số xác định hình dạng của hàm liên thuộc Các đường lưới của hệ tọa độ quy tắc mờ , Các điểm khởi tạo của hệ tọa độ quy tắc mờ
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 2.1. Quan hệ động hình học tên lửa – mục tiêu trong mặt 1 27 phẳng đứng Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc vòng điều khiển sử dụng luật dẫn tiếp 2 33 cận tỉ lệ 3 Hình 2.3. Sự phụ thuộc của tỉ số / vào hệ số dẫn và tỉ số / 36 4 Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc sử dụng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ 38 5 Hình 2.5. Các tập mờ chuẩn hóa của các biến vào - ra 40 6 Hình 2.6. Mô tả phương pháp đưa ra hệ quy tắc mờ 42 7 Hình 2.7a. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 44 8 Hình 2.7b. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 44 9 Hình 2.8a. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 45 10 Hình 2.8b. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 46 Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc vòng tự dẫn sử dụng luật dẫn tiếp cận tỉ 11 50 lệ với tác động của nhiễu 12 Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc liên hợp của hệ thống dẫn 52 Hình 2.11. Độ lệch quân phương của độ trượt do tác động của 13 54 nhiễu tản mát tâm phản xạ Hình 2.12. Độ lệch quân phương của độ trượt khi có nhiễu pha- 14 56 đinh tác động 15 Hình 2.13. Dạng tín hiệu của nhiễu tản mát tâm phản xạ 58 Hình 2.14. Sơ đồ cấu trúc vòng điều khiển sử dụng luật dẫn tiếp 16 62 cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ có nhiễu tác động 17 Hình 3.1. Minh họa quá trình tối ưu hóa của giải thuật di truyền 67 18 Hình 3.2. Thuật toán chọn lọc sắp hạng tuyến tính 69 19 Hình 3.3. Lai ghép 70
x Hình 3.4. Sơ đồ cấu trúc luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ có hàm liên 20 75 thuộc tối ưu 21 Hình 3.5a. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu vào 77 22 Hình 3.5b. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu vào 78 23 Hình 3.6. Mã hóa lời giải bài toán tối ưu luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ 78 Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ có hệ quy tắc 24 80 mờ tối ưu 25 Hình 3.8. “Hệ tọa độ quy tắc mờ” dùng để xác định hệ quy tắc mờ 82 26 Hình 3.9. Mã hóa lời giải bài toán tối ưu luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ 84 27 Hình 3.10. Mã hóa lời giải bài toán tối ưu luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ 85 Hình 3.11. Sơ đồ cấu trúc luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ có hàm liên 28 86 thuộc và hệ quy tắc mờ tối ưu 29 Hình 4.1. Giá trị hàm thích nghi cực đại qua các thế hệ 89 30 Hình 4.2. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu vào 90 31 Hình 4.3. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu vào 90 32 Hình 4.4. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu ra 90 33 Hình 4.5. Mặt đặc tính của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu 91 34 Hình 4.6. Giá trị hàm thích nghi qua các thế hệ 91 35 Hình 4.7. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu vào 92 36 Hình 4.8. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu vào 92 37 Hình 4.9. Các hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu ra 92 38 Hình 4.10. Mặt đặc tính của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu 93 39 Hình 4.11. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 93 40 Hình 4.12. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 94 41 Hình 4.13. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 95
xi 42 Hình 4.14. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 95 43 Hình 4.15. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 96 44 Hình 4.16. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 97 45 Hình 4.17. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 98 46 Hình 4.18. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 98 47 Hình 4.19. Giá trị hàm thích nghi qua các thế hệ 100 48 Hình 4.20. Mặt đặc tính của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu 100 49 Hình 4.21. Giá trị hàm thích nghi qua các thế hệ 101 50 Hình 4.22. Mặt đặc tính của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu 101 51 Hình 4.23. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 102 52 Hình 4.24. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 102 53 Hình 4.25. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 103 54 Hình 4.26. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 104 55 Hình 4.27. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 105 56 Hình 4.28. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 105 57 Hình 4.29. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 106 58 Hình 4.30. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 107 59 Hình 4.31. Giá trị hàm thích nghi qua các thế hệ 108 60 Hình 4.32. Hàm liên thuộc tối ưu của các tập mờ đầu vào 109 61 Hình 4.33. Hàm liên thuộc tối ưu của các tập mờ đầu vào 109 62 Hình 4.34. Hàm liên thuộc tối ưu của các tập mờ đầu ra 110 Hình 4.35. Mặt đặc tính của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ có hàm liên 63 110 thuộc và hệ quy tắc mờ tối ưu 64 Hình 4.36. Giá trị hàm thích nghi qua các thế hệ 111 65 Hình 4.37. Hàm liên thuộc tối ưu của các tập mờ đầu vào 111
xii 66 Hình 4.38. Hàm liên thuộc tối ưu của các tập mờ đầu vào 111 67 Hình 4.39. Hàm liên thuộc tối ưu của các tập mờ đầu ra 112 Hình 4.40. Mặt đặc tính của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ có hàm liên 68 112 thuộc và hệ quy tắc mờ tối ưu 69 Hình 4.41. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 113 70 Hình 4.42. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 113 71 Hình 4.43. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 114 72 Hình 4.44. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 115 73 Hình 4.45. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 116 74 Hình 4.46. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 116 75 Hình 4.47. Quỹ đạo tên lửa – mục tiêu 117 76 Hình 4.48. Gia tốc pháp tuyến tên lửa 118
xiii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng biểu Trang 1 Bảng 2.1. Ý nghĩa các kí hiệu của các tập mờ 40 2 Bảng 2.2a. Hệ quy tắc mờ sử dụng cho luật dẫn tỉ lệ mờ 41 3 Bảng 2.2b. Hệ quy tắc mờ sử dụng cho luật dẫn vi phân tỉ lệ mờ 41 4 Bảng 2.2c. Hệ quy tắc mờ sử dụng cho luật dẫn tích phân tỉ lệ mờ 41 5 Bảng 2.3. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp 45 6 Bảng 2.4. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp 46 Bảng 2.5. Tổng hợp kết quả mô phỏng về độ trượt và lệnh gia tốc 7 63 pháp tuyến cực đại của các luật dẫn Bảng 3.1. Hệ quy tắc mờ sử dụng cho luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ 8 74 tối ưu Bảng 3.2. Hệ quy tắc mờ minh họa cho phương pháp “hệ tọa độ 9 81 quy tắc mờ” Bảng 4.1. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 10 94 động 5g Bảng 4.2. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 11 96 động -5g Bảng 4.3. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 12 97 động 7g Bảng 4.4. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 13 99 động -7g 14 Bảng 4.5. Hệ quy tắc mờ tối ưu nhận được 101 15 Bảng 4.6. Hệ quy tắc mờ tối ưu nhận được 102 Bảng 4.7. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 16 103 động 5g Bảng 4.8. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 17 104 động -5g
xiv Bảng 4.9. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 18 106 động 7g Bảng 4.10. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 19 107 động -7g 20 Bảng 4.11. Hệ quy tắc mờ tối ưu nhận được 110 21 Bảng 4.12. Hệ quy tắc mờ tối ưu nhận được 112 Bảng 4.13. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 22 114 động 5g Bảng 4.14. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 23 115 động -5g Bảng 4.15. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 24 117 động 7g Bảng 4.16. Kết quả khảo sát tại thời điểm gặp khi mục tiêu cơ 25 118 động -7g
1 MỞ ĐẦU Một đặc điểm nổi bật trong thời đại ngày nay là quá trình giảm thiểu căng thẳng giữa các quốc gia khác nhau và sự hình thành một hệ thống đảm bảo an ninh tập thể. Tuy nhiên, sự tiến bộ của nhân loại xét từ quan điểm quy luật và lý trí thì còn chưa đạt đến mức độ mà một quốc gia có thể không cần đến sự tồn tại của quân đội. Nền độc lập và bản thân sự tồn tại của đất nước phụ thuộc vào khả năng quốc phòng của đất nước đó. Mặc dù hiện trạng nền kinh tế Việt Nam đang còn nhiều khó khăn, nhưng những vấn đề về cải tiến các trang bị hiện có, chế tạo các hệ thống vũ khí mới hiện đại chủ yếu mang tính chất phòng thủ, trong đó các hệ thống phòng không vẫn là các vấn đề được quan tâm đặc biệt. Điều này có nguyên nhân là do các nước chế tạo vũ khí hàng đầu thế giới đang đặc biệt chú trọng phát triển các hệ thống phá hủy có độ chính xác cao cùng các phương tiện tấn công và hoàn thiện các phương pháp sử dụng chúng một cách hiệu quả. Việc chế tạo các thiết bị bay có các tính năng kỹ thuật chiến đấu cao, có diện tích phản xạ hiệu dụng nhỏ và việc sử dụng rộng rãi gây nhiễu có tổ chức để chế áp các tổ hợp tên lửa phòng không (TLPK) đã làm suy giảm chất lượng khai thác thông tin về các tham số chuyển động của mục tiêu. Việc hoàn thiện các phương pháp nhằm chọc thủng hệ thống phòng không và việc sử dụng các dạng cơ động chống tên lửa cường độ cao vốn đang là các đặc trưng cơ bản của vũ khí có độ chính xác cao và các phương tiện mang chúng. Tất cả các yếu tố đó đang làm suy giảm năng lực tiêu diệt mục tiêu của các tổ hợp TLPK từ đó cần thiết phải nâng cao độ chính xác dẫn tên lửa. Để có thể tiêu diệt được các loại phương tiện tập kích đường không hiện đại bằng hệ thống TLPK cần phải giải quyết các vấn đề then chốt sau: + Cải thiện khả năng cơ động của tên lửa bằng cách ứng dụng các phương pháp tạo lực và mômen điều khiển mới; + Tăng khả năng chống nhiễu bằng các giải pháp kỹ thuật như: sử dụng tự
2 dẫn thụ động, hạn chế tối đa thời gian làm việc của đầu tự dẫn tích cực… + Tăng tốc độ và độ chính xác xử lý thông tin trên khoang nhờ ứng dụng phương tiện tính toán số tốc độ cao; + Tối ưu hóa quỹ đạo bay của tên lửa bằng các phương pháp dẫn mới. Cùng với việc cải thiện khả năng cơ động của TLPK, các giải pháp tối ưu hóa quỹ đạo bay cũng góp phần đáng kể tăng hiệu quả tiêu diệt mục tiêu. Hầu hết các giải pháp tối ưu hóa quỹ đạo bay của TLPK đều tập trung vào hai hướng: nghiên cứu các thuật toán dẫn mới và hoàn thiện các thuật toán đã có. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, bài toán “Nghiên cứu nâng cao chất lượng quá trình tự dẫn tên lửa trên cơ sở sử dụng kết hợp logic mờ và giải thuật di truyền” được đặt ra với mục đích xây dựng và hoàn thiện một luật dẫn cho tên lửa tự dẫn trong điều kiện có nhiễu và mục tiêu cơ động. Nhằm nâng cao độ chính xác điều khiển trong giai đoạn tự dẫn khi tiêu diệt các loại mục tiêu. Cơ sở khoa học của bài toán nghiên cứu phương pháp dẫn - Ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại để tối ưu phương pháp dẫn; - Lý thuyết logic mờ và ứng dụng trong điều khiển; - Tổng hợp các bộ điều khiển mờ tối ưu bằng cách kết hợp logic mờ và giải thuật di truyền; - Lý thuyết lọc và xử lý tối ưu thông tin trong điều khiển; - Sử dụng phương pháp liên hợp cho phép đánh giá chất lượng của hệ thống tại các thời điểm cần quan tâm chỉ trong một lần tính toán thay vì phải tính toán rất nhiều lần khi sử dụng phương pháp Monte Carlo; - Khả năng ứng dụng những thành tựu mới của công nghệ máy tính số trong việc giải các thuật toán của lý thuyết tập mờ, các thuật toán tập mờ kết hợp giải thuật di truyền,… cho phép hiện thực hóa các phương pháp dẫn với thuật toán phức tạp trên cơ sở nhiều nguồn thông tin bất định liên quan đến mục tiêu.
3 Cơ sở thực tiễn của bài toán nghiên cứu phương pháp dẫn Nhu cầu nâng cao chất lượng, hiệu quả của các phương pháp dẫn tên lửa nói chung và các phương pháp tự dẫn cho TLPK nói riêng trong quá trình thiết kế mới và nghiên cứu cải tiến các hệ thống điều khiển luôn luôn được đặt ra như một nhu cầu thực tế, có tính cấp thiết liên quan tới sự phát triển không ngừng của các loại mục tiêu đường không hiện đại. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu của luận án Phạm vi nghiên cứu của luận án được hạn chế trong khuôn khổ bài toán nâng cao chất lượng dẫn tên lửa sử dụng lý thuyết tập mờ và giải thuật di truyền. Trong triển khai nghiên cứu, luận án sử dụng, kết hợp với các lý thuyết lọc - xử lý tín hiệu tối ưu, lý thuyết tập mờ, giải thuật di truyền và lý thuyết mô hình hóa hệ thống làm công cụ giải quyết các bài toán con. Đối tượng nghiên cứu của luận án là lớp các tên lửa tự dẫn. Để chứng minh kiểm chứng chất lượng và hiệu quả của luật dẫn được hoàn thiện, luận án sử dụng cấu trúc đầy đủ của một vòng điều khiển tự dẫn khép kín để khảo sát, đánh giá. Tuy nhiên, trong cấu trúc vòng điều khiển kín sử dụng để khảo sát, những khâu nằm ngoài phạm vi nghiên cứu của luận án sẽ được lý tưởng hóa hoặc giả thiết dưới dạng các khâu có tham số và động học biết trước. Mục đích nghiên cứu Mục đích lý thuyết: - Ứng dụng lý thuyết tập mờ và giải thuật di truyền để nâng cao chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ có tính tới ảnh hưởng của nhiễu và sự cơ động của mục tiêu. Mục đích thực nghiệm: - Kiểm chứng tính đúng đắn của thuật toán dẫn đề xuất thông qua khảo sát, phân tích và đối chiếu quá tải yêu cầu và độ trượt tại thời điểm gặp của luật
4 dẫn tiếp cận tỉ lệ với các luật dẫn sau hoàn thiện trong điều kiện nhiễu và mục tiêu hiện đại cơ động bằng phương pháp mô phỏng. Nội dung nghiên cứu của luận án gồm: Căn cứ mục đích, phạm vi và đối tượng nghiên cứu, căn cứ phương pháp xây dựng các bài toán cần phải giải, bố cục của luận án được trình bày như sau: Mở đầu Đặt vấn đề nghiên cứu. Chương 1: Tổng quan về các luật dẫn tên lửa tự dẫn Trong chương 1, luận án nêu tổng quan các luật dẫn tên lửa tự dẫn: - Phân tích các công trình nghiên cứu trong nước và ngoài nước. - Phân tích ưu điểm và hạn chế của các luật dẫn kinh điển gồm dẫn ba điểm, dẫn đuổi và dẫn tiếp cận tỉ lệ. - Phân tích ưu điểm và hạn chế của các luật dẫn sử dụng lý thuyết điều khiển hiện đại gồm dẫn tối ưu, dẫn dự báo và dẫn trò chơi vi phân. - Phân tích ưu điểm và hạn chế của những luật dẫn sử dụng các công cụ của điều khiển thông minh. - Trên cơ sở các phân tích trên luận án đặt ra vấn đề cần nghiên cứu và hướng giải quyết vấn đề để nâng cao chất lượng dẫn tên lửa. Chương 2: Đánh giá chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ Để đánh giá chất lượng của các luật dẫn, chương hai luận án đã giải quyết các nội dung: - Xây dựng quan hệ động hình học của mục tiêu và tên lửa trong mặt phẳng đứng. - Đánh giá chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ cổ điển với các luật dẫn mờ trong điều kiện mục tiêu cơ động. - Đánh giá chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ cổ điển với các luật dẫn mờ