Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi đảm bảo an toàn bay cho UAV cỡ nhỏ trong điều kiện có nhiễu động gió

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của nhiễu động gió đến ATB của UAV cỡ nhỏ; tổng hợp thuật toán điều khiển theo quỹ đạo trong chuyển động dọc và chuyển động cạnh; tổng hợp thuật toán ĐKTN theo quá tải đứng và quá tải ngang nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu động gió đến ATB của UAV cỡ nhỏ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi đảm bảo an toàn bay cho UAV cỡ nhỏ trong điều kiện có nhiễu động gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ĐẶNG CÔNG VỤ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI ĐẢM BẢO AN TOÀN BAY CHO UAV CỠ NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN CÓ NHIỄU ĐỘNG GIÓ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ĐẶNG CÔNG VỤ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI ĐẢM BẢO AN TOÀN BAY CHO UAV CỠ NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN CÓ NHIỄU ĐỘNG GIÓ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Lê Thanh Phong 2. GS.TSKH Nguyễn Đức Cương HÀ NỘI - 2018
i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung 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 Đặng Công Vụ
ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ hướng dẫn khoa học TS Lê Thanh Phong và GS. TSKH Nguyễn Đức Cương 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, Phòng SĐH, Thủ trưởng Học viện KTQS, Hội Hàng không vũ trụ Việt Nam 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 Đặng Công Vụ
iii MỤC LỤC CAM ĐOAN .........................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN...................................................................................................... ii MỤC LỤC........................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ..........................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .....................................................xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.....................................................................xvi MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1 CHƯƠNG 1. GIÓ, NHIỄU ĐỘNG GIÓ VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN AN TOÀN BAY CỦA UAV CỠ NHỎ ...................................................................11 1.1. Các hệ tọa độ .................................................................................................... 11 1.2. Gió và nhiễu động gió trong khí quyển ........................................................ 14 1.2.1. Đặc tính chung của nhiễu động khí quyển .................................. 14 1.2.2. Mô tả phân tích động học gió và nhiễu động gió trong khí quyển17 1.2.3. Mô hình toán học của nhiễu động gió ......................................... 25 1.3. Ảnh hưởng của nhiễu động gió đến động lực học bay của UAV .............. 28 1.3.1. Ảnh hưởng của nhiễu động gió đến chuyển động của UAV ........ 28 1.3.2. Ảnh hưởng của nhiễu động gió đến an toàn bay của UAV .......... 31 1.4. Giải pháp nâng cao an toàn bay cho UAV khi có nhiễu động gió ............ 35 1.5. Đặt bài toán nghiên cứu.................................................................................. 38 Kết luận chương 1 ..............................................................................................39 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC VÒNG ĐIỀU KHIỂN KÍN CỦA UAV TRONG ĐIỀU KIỆN CÓ NHIỄU ĐỘNG GIÓ ..40 2.1. Mô hình toán của UAV như một đối tượng điều khiển ............................. 42 2.1.1. Các lực và mô men tác dụng lên UAV khi bay ........................... 43 2.1.2. Hệ phương trình chuyển động của UAV trong không gian ......... 47 2.1.3. Quá tải tác động lên UAV ........................................................... 49
iv 2.2. Mô hình toán chuyển động dọc và chuyển động cạnh của UAV.............. 50 2.2.1. Mô hình chuyển động dọc của UAV ........................................... 51 2.2.2. Mô hình chuyển động cạnh của UAV ......................................... 53 2.3. Thuật toán điều khiển UAV........................................................................... 55 2.4. Mô phỏng vòng điều khiển kín của UAV..................................................... 58 2.4.1. Dữ liệu đầu vào mô phỏng .......................................................... 58 2.4.2. Mô hình mô phỏng động lực học vòng điều khiển kín của UAV trong môi trường Matlab-Simulink ....................................................... 59 2.4.3. Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu động gió đến an toàn bay UAV khi sử dụng bộ điều khiển theo quỹ đạo...................................................... 65 Kết luận chương 2 ..............................................................................................70 CHƯƠNG 3. TỔNG HỢP THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO UAV TRONG ĐIỀU KIỆN CÓ NHIỄU ĐỘNG GIÓ .............................................71 3.1. Tổng quan điều khiển thích nghi................................................................... 71 3.1.1. Khái niệm và phân loại hệ điều khiển thích nghi......................... 71 3.1.2. Xây dựng bài toán tổng hợp hệ điều khiển thích nghi trực tiếp với mô hình tham chiếu tường minh ........................................................... 72 3.1.3. Thuật toán điều khiển thích nghi sử dụng phương pháp hiệu chỉnh tham số theo luật MIT .......................................................................... 75 3.1.4. Thuật toán điều khiển thích nghi sử dụng phương pháp tốc độ gradient với mô hình tham chiếu tường minh ....................................... 76 3.1.5. Điều khiển thích nghi theo tín hiệu đầu ra sử dụng phương pháp bù nối tiếp ................................................................................................. 79 3.2. Tổng hợp thuật toán ĐKTN cho kênh chuyển động dọc của UAV khi có nhiễu động gió đứng.................................................................................................... 83 3.2.1. Thiết lập bài toán ........................................................................ 83 3.2.2. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi theo quá tải đứng ................. 86
v 3.3. Tổng hợp thuật toán ĐKTN cho kênh chuyển động cạnh của UAV khi có nhiễu động gió cạnh .................................................................................................... 91 3.3.1. Thiết lập bài toán ........................................................................ 92 3.3.2. Tổng hợp thuật toán thích nghi theo tín hiệu đầu ra nz sử dụng phương pháp bù nối tiếp ....................................................................... 92 Kết luận chương 3 ..............................................................................................96 CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NÂNG CAO AN TOÀN BAY CHO UAV CỠ NHỎ TRÊN MÁY TÍNH................97 4.1. Mô phỏng khảo sát, đánh giá hiệu quả nâng cao an toàn bay cho UAV trong kênh chuyển động dọc khi có nhiễu động gió đứng..................................... 97 4.1.1. Thông số đầu vào và sơ đồ mô phỏng các bộ ĐKTN .................. 97 4.1.2. Kiểm tra độ ổn định của chương trình mô phỏng ...................... 100 4.1.3. Đánh giá an toàn bay của UAV khi có nhiễu động gió đứng hình sin....................................................................................................... 102 4.2. Mô phỏng khảo sát, đánh giá hiệu quả nâng cao ATB cho UAV trong kênh chuyển động cạnh khi có nhiễu động gió cạnh............................................106 4.2.1. Thông số đầu vào mô hình mô phỏng ....................................... 106 4.2.2. Kiểm tra độ ổn định của chương trình mô phỏng ...................... 107 4.2.3. Đánh giá ATB của UAV khi có nhiễu động gió cạnh hình sin .. 108 4.3. Đánh giá hiệu quả nâng cao ATB bằng thử nghiệm Monte Carlo ........111 Kết luận chương 4 ............................................................................................114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................116 DANH MỤC NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ..............................118 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................119 PHỤ LỤC ..........................................................................................................128
vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Viết tắt UAV thiết bị bay không người lái TBB thiết bị bay HPTVP hệ phương trình vi phân ĐKTN điều khiển thích nghi ĐTĐK đối tượng điều khiển MHTC mô hình tham chiếu AT an toàn ATB an toàn bay CHC hệ tự hiệu chỉnh (сaмонастраивающаяся система) OHO đối tượng hiệu chỉnh tổng quát (обобщенный настраиваемый объект) MIT Masachusetts Institute of Technology Ký hiệu Ooxoyozo hệ tọa độ mặt đất Oxgygzg hệ tọa độ mặt đất di động Oxyz hệ tọa độ liên kết Oxryrzr hệ tọa độ tốc độ Oxkykzk hệ tọa độ quỹ đạo  góc chúc ngóc góc hướng  góc nghiêng (cren, roll), góc giữa trục Oz và mặt phẳng nằm ngang Oxgzg  góc nghiêng quỹ đạo  góc hướng quỹ đạo  góc tấn (của véc tơ địa tốc Vk )
vii  góc trượt (của véc tơ địa tốc Vk ) r góc tấn không tốc (của véc tơ không tốc Vr ) r góc trượt không tốc (của véc tơ không tốc Vr ) w góc tấn do gió gây ra w góc trượt do gió gây ra r góc nghiêng của hệ tọa độ tốc độ, góc giữa trục Ozr và mặt phẳng nằm ngang Oxgzg x ,  y ,z tốc độ góc của thiết bị bay trong hệ tọa độ liên kết ba mx x đạo hàm hệ số mô men cren theo  x , với  x   x Vr mx l đạo hàm hệ số mô men cren theo góc lệch cánh lái liệng mx đạo hàm hệ số mô men cren theo góc trượt mx h đạo hàm hệ số mô men cren theo góc lệch cánh lái hướng y ba mx đạo hàm hệ số mô men cren theo  y , với  y   y Vr my x đạo hàm hệ số mô men hướng theo  x my h đạo hàm hệ số mô men hướng theo góc lệch cánh lái hướng my đạo hàm hệ số mô men hướng theo góc trượt y my đạo hàm hệ số mô men hướng theo  y ba mz z đạo hàm hệ số mô men chúc ngóc theo  z , với  z   z Vr mz c đạo hàm hệ số mô men chúc ngóc theo cánh lái độ cao Mx, My, Mz mô men khí động trong hệ tọa độ liên kết Jx, Jy, Jz mô men quán tính của TBB quanh tâm khối
viii Yr lực nâng trong hệ tọa độ tốc độ Xr lực cản trong hệ tọa độ tốc độ Zr lực dạt sườn trong hệ tọa độ tốc độ  khối lượng riêng không khí qa động áp m khối lượng của TBB Vr không tốc (tốc độ tương đối của TBB so với không khí) Vk địa tốc (tốc độ tuyệt đối của TBB so với mặt đất) ba dây cung khí động trung bình S diện tích cánh của thiết bị bay T lực kéo động cơ Tmax lực kéo lớn nhất Ko hệ số lực kéo cần thiết để UAV bay bằng; KV hệ số hiệu chỉnh lực kéo khi UAV có sai lệch về tốc độ so với tốc độ khi bay bằng; c góc lệch cánh lái độ cao h góc lệch cánh lái hướng l góc lệch cánh lái liệng T góc lệch cánh tà cbb góc lệch cánh lái độ cao khi bay bằng ny quá tải đứng theo hệ tọa độ liên kết nz quá tải ngang theo hệ tọa độ liên kết nx quá tải dọc trục theo hệ tọa độ liên kết nyct quá tải đứng theo chương trình nzct quá tải ngang theo chương trình x*o tọa độ điểm bắt đầu có gió Wyo, Wzo biên độ gió đứng, biên độ gió ngang
ix Wy tốc độ gió nhiễu động trong mặt phẳng đứng Wz tốc độ gió nhiễu động trong mặt phẳng ngang L quy mô nhiễu động a1, a2, a3, a4 các hệ số động lực học trong kênh chuyển động dọc b1, b2, b3, b4 các hệ số động lực học trong kênh chuyển động cạnh Hth độ cao thực Hct độ cao theo chương trình Ho độ cao bay bằng koz hệ số cản dịu kênh dọc koy hệ số cản dịu kênh ngang zo độ dạt ngang zct độ dạt ngang theo chương trình Ψ ct góc hướng quỹ đạo chương trình u(t) tín hiệu điều khiển uy(t) tín hiệu điều khiển kênh đứng uz(t) tín hiệu điều khiển kênh ngang uo tín hiệu điều khiển theo chương trình uyo tín hiệu điều khiển theo chương trình kênh đứng uzo tín hiệu điều khiển theo chương trình kênh ngang e(t) sai lệch tmp thời gian mô phỏng  véc tơ tham số của bộ điều khiển y(t) trạng thái của đối tượng điều khiển r(t) tác động đầu vào đã cho A ma trận tham số trạng thái B ma trận tham số điều khiển Aym ma trận tham số trạng thái của MHTC kênh đứng
x Bym ma trận tham số điều khiển của MHTC kênh đứng Azm ma trận tham số trạng thái của MHTC kênh ngang Bzm ma trận tham số điều khiển của MHTC kênh ngang q hàm mục tiêu  MIT hệ số của bộ ĐKTN sử dụng luật MIT  1 , 2 , 3 , 4 hệ số của bộ ĐKTN sử dụng phương pháp tốc độ gradient b ( p ) đa thức Hurwit H ma trận xác định dương GL ma trận xác định dương td bậc tương đối của đối tượng điều khiển ky, kr tham số được hiệu chỉnh  tốc độ thay đổi hàm mục tiêu k Y gradient của  theo ky  kr  gradient của  theo kr
xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Hệ tọa độ mặt đất cố định Ooxoyozo và hệ tọa độ chuẩn Oxgygzg.........11 Hình 1.2. Hệ tọa độ liên kết Oxyz so với hệ tọa độ chuẩn Oxgygzg .....................11 Hình 1.3. Hệ tọa độ liên kết Oxyz so với hệ tọa độ tốc độ Oxryrzr ......................12 Hình 1.4. Hệ tọa độ quỹ đạo Oxkykzk so với hệ tọa độ chuẩn Oxgygzg ................12 Hình 1.5. Sơ đồ dòng nhiễu động không khí trên bề mặt Trái đất ......................15 Hình 1.6. Tần suất xuất hiện các dòng nhiễu động gió theo độ cao ....................16 Hình 1.7. Biểu đồ tốc độ gió ở các độ cao thấp ...................................................16 Hình 1.8. Biểu đồ giá trị trung bình của gió ở độ cao thấp ..................................19 Hình 1.9. Đồ thị phân bố xác suất gặp gió có tốc độ không đổi ..........................19 Hình 1.10. Các thành phần tốc độ của gió so với hướng của véc tơ rw ................20 Hình 1.13. Đồ thị mật độ phổ chuẩn của thành phần tốc độ gió dưới dạng hàm tần số không thứ nguyên ......................................................................................22 Hình 1.14. Nhiễu động gió bậc thang ..................................................................26 Hình 1.15. UAV bay vào vùng nhiễu động gió hình sin trong mặt phẳng đứng (a) và mặt phẳng ngang (b) ........................................................................................27 Hình 1.16. Mối quan hệ giữa không tốc, địa tốc và gió ở một thời điểm xác định ..............................................................................................................................29 Hình 1.17. Quan hệ giữa véc tơ địa tốc, không tốc và tốc độ gió trong hệ tọa độ mặt đất Ooxoyozo ...................................................................................................29 Hình 1.18. Góc tấn và góc trượt khi có gió..........................................................31 Hình 1.19. Ảnh hưởng của gió trong mặt phẳng đứng đến góc tấn.....................32 Hình 1.20. Sự thay đổi hệ số lực nâng khi có gió đứng bậc thang ......................32 Hình 1.21. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển TBB có điều khiển cánh tà........36 Hình 1.22. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển với bộ tự động lái có thành phần tín hiệu tỷ lệ với quá tải đứng...............................................................................37 Hình 2.1. Sơ đồ khối vòng điều khiển kín của UAV ...........................................40
xii Hình 2.2. Quy tắc dấu trong kênh chuyển động dọc............................................43 Hình 2.3. Quy tắc dấu trong chuyển động ngang ................................................43 Hình 2.4. Chuyển động của UAV trong mặt phẳng đứng ...................................51 Hình 2.5. Điều khiển đổi hướng sử dụng góc nghiêng ........................................54 Hình 2.7. Lưu đồ thuật toán mô phỏng động lực học vòng điều khiển kín kênh chuyển động dọc của UAV ..................................................................................60 Hình 2.8. Lưu đồ thuật toán mô phỏng động lực học vòng điều khiển kín kênh chuyển động cạnh của UAV ................................................................................60 Hình 2.9. Đáp ứng của UAV khi lệch cánh lái độ cao c=-1o .............................61 Hình 2.10. Đáp ứng của mô hình theo độ cao mong muốn (a) và sai lệch độ cao (b) .........................................................................................................................61 Hình 2.11. Góc tấn khi có nhiễu động gió bậc thang...........................................62 Hình 2.12. Độ cao khi có nhiễu động gió bậc thang............................................62 Hình 2.13. Đáp ứng của UAV khi lệch cánh lái hướng h=-1o............................63 Hình 2.14. Đáp ứng của mô hình theo độ dạt ngang mong muốn .......................64 Hình 2.15. Sự thay đổi góc nghiêng.....................................................................64 Hình 2.16. Góc trượt khi có gió cạnh bậc thang ..................................................64 Hình 2.17. Độ dạt ngang khi có gió cạnh bậc thang ............................................64 Hình 2.18. Sự thay đổi quá tải đứng lớn nhất theo quy mô nhiễu động L...........66 Hình 2.19. Sự thay đổi góc tấn không tốc lớn nhất theo quy mô nhiễu động L ..66 Hình 2.20. Quỹ đạo bay khi Wyo=7.62m/s...........................................................66 Hình 2.21. Quỹ đạo bay khi Wyo=15m/s..............................................................66 Hình 2.22. Góc tấn không tốc khi Wyo=7.62m/s .................................................67 Hình 2.23. Góc tấn không tốc khi Wyo=15m/s ....................................................67 Hình 2.24. Quá tải đứng ny khi Wyo=7.62m/s ......................................................67 Hình 2.25. Quá tải đứng ny khi Wyo=15m/s .........................................................67 Hình 2.26. Sự thay đổi góc trượt không tốc lớn nhất theo L ...............................68
xiii Hình 2.27. Sự thay đổi quá tải ngang lớn nhất theo L .........................................68 Hình 2.28. Quỹ đạo bay khi Wzo=7.62m/s...........................................................69 Hình 2.29. Quỹ đạo bay khi Wzo=12m/s..............................................................69 Hình 2.30. Góc trượt không tốc khi Wzo=7.62m/s ...............................................69 Hình 2.31. Góc trượt không tốc khi Wzo=12m/s ..................................................69 Hình 2.32. Quá tải ngang nz khi Wzo=7.62m/s.....................................................69 Hình 2.33. Quá tải ngang nz khi Wzo=12m/s........................................................69 Hình 3.1. Sơ đồ khối tổng quát hệ điều khiển thích nghi trực tiếp với MHTC tường minh ...........................................................................................................73 Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của mô hình tham chiếu ...............................74 Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc thuật toán thích nghi sử dụng luật MIT .......................76 Hình 3.4. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển thích nghi sử dụng phương pháp tốc độ gradient với MHTC tường minh ..........................................................................79 Hình 3.5. Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo tín hiệu đầu ra sử dụng phương pháp bù nối tiếp ..................................................................................................................82 Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc của mô hình tham chiếu theo quá tải đứng ..................86 Hình 3.7. Sơ đồ khối thuật toán thích nghi sử dụng phương pháp hiệu chỉnh tham số theo luật MIT ..........................................................................................86 Hình 3.8. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển thích nghi sử dụng luật MIT..................87 Hình 3.9. Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN sử dụng phương pháp tốc độ gradient ........90 Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển thích nghi theo tín hiệu đầu ra sử dụng phương pháp bù nối tiếp.......................................................................................91 Hình 3.11. Sơ đồ cấu trúc của MHTC kênh ngang theo quá tải ngang ...............94 Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển thích nghi theo tín hiệu đầu ra sử dụng phương pháp bù nối tiếp trong kênh ngang .........................................................95 Hình 4.1. Sơ đồ mô phỏng vòng điều khiển kín chuyển động dọc của UAV cỡ nhỏ giả định ..........................................................................................................98
xiv Hình 4.2. Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển thích nghi sử dụng luật MIT ...........98 Hình 4.3. Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển thích nghi sử dụng phương pháp tốc độ gradient ............................................................................................................99 Hình 4.4. Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển thích nghi theo tín hiệu đầu ra sử dụng phương pháp bù nối tiếp .............................................................................99 Hình 4.5. Mô hình mô phỏng khối mô hình tham chiếu theo quá tải đứng.......100 Hình 4.6. Phản ứng của UAV theo tác động đầu vào với bộ ĐKTN theo luật điều khiển MIT...........................................................................................................100 Hình 4.7. Phản ứng của UAV theo tác động đầu vào với bộ ĐKTN theo tín hiệu đầu ra sử dụng phương pháp bù nối tiếp ............................................................100 Hình 4.8. Phản ứng của UAV theo tác động đầu vào với bộ ĐKTN theo phương pháp tốc độ gradient ...........................................................................................100 Hình 4.9. Phản ứng của UAV với bộ ĐKTN sử dụng phương pháp hiệu chỉnh theo luật MIT khi có nhiễu động gió bậc thang .................................................101 Hình 4.10. Phản ứng của UAV với bộ ĐKTN theo tín hiệu đầu ra sử dụng phương pháp bù nối tiếp khi có nhiễu động gió bậc thang ................................101 Hình 4.11. Phản ứng của UAV với bộ ĐKTN sử dụng phương pháp tốc độ gradient khi có nhiễu động gió bậc thang ..........................................................101 Hình 4.12. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L=40m ...............................103 Hình 4.13. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L=33m ...............................103 Hình 4.14. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L=25m ...............................103 Hình 4.15. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L =40m ..............................103 Hình 4.16. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L =33m ..............................104 Hình 4.17. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L =25m ..............................104 Hình 4.18. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L =40m ..............................104 Hình 4.19. Góc tấn không tốc và quá tải đứng khi L =35m ..............................104
xv Hình 4.20. Sơ đồ mô phỏng khối ĐKTN theo tín hiệu đầu ra nz sử dụng phương pháp bù nối tiếp ..................................................................................................106 Hình 4.21. Mô hình mô phỏng khối MHTC theo quá tải ngang .......................107 Hình 4.22. Đáp ứng của UAV theo quá tải ngang mong muốn ........................107 Hình 4.23. Hệ số kz và  z .................................................................................107 Hình 4.24. Góc trượt không tốc khi có nhiễu động gió bậc thang.....................108 Hình 4.25. Quá tải ngang khi có nhiễu động gió bậc thang...............................108 Hình 4.26. Góc trượt không tốc khi L=100m và Wzo=7.62m/s .........................109 Hình 4.27. Góc trượt không tốc khi L=140m và Wzo=7.62m/s .........................109 Hình 4.28. Góc trượt không tốc khi L=200m và Wzo=7.62m/s .........................109 Hình 4.29. Góc trượt không tốc khi L=100m và Wzo=12m/s ............................109 Hình 4.30. Góc trượt không tốc khi L=140m và Wzo=12m/s ............................110 Hình 4.31. Góc trượt không tốc khi L=200m và Wzo=12m/s ............................110 Hình 4.32. Góc trượt không tốc khi L=100m và Wzo=15m/s ............................110 Hình 4.33. Góc trượt không tốc khi L=140m và Wzo=15m/s ............................110 Hình 4.34. Góc trượt không tốc khi L=200m và Wzo=15m/s ............................110 Hình 4.35. Hàm mật độ xác suất theo quy mô nhiễu động................................111 Hình 4.36. Hàm mật độ xác suất theo biên độ nhiễu động ................................111 Hình 4.37. Kết quả thử nghiệm Monte Carlo ....................................................114
xvi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Hệ số của các bộ điều khiển ................................................................56 Bảng 4.1. Phân bố tần suất theo biên độ ............................................................112 Bảng 4.2. Phân bố tần suất theo quy mô nhiễu động .........................................112 Bảng 4.3. Phân bố số lần thực nghiệm...............................................................112 Bảng 4.4. Phân bố tần suất theo biên độ ............................................................113 Bảng 4.5. Phân bố tần suất theo quy mô nhiễu động .........................................113 Bảng 4.6. Phân bố số lần thực nghiệm...............................................................113 Bảng 4.7. Kết quả thử nghiệm ...........................................................................114
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Máy bay không người lái (còn gọi là Thiết bị bay không người lái - UAV) là khí cụ bay có điều khiển, có động cơ, bay trong khí quyển nhờ cánh nâng nhưng không có người trực tiếp ngồi trong máy bay điều khiển nó. Việc điều khiển UAV có thể được điều khiển tự động nhờ các thiết bị có trên UAV và các thiết bị bổ trợ bên ngoài như hệ thống định vị toàn cầu GPS nhưng cũng có thể được điều khiển từ xa nhờ con người thông qua các phương tiện theo dõi (bằng mắt, từ xa..) và các phương tiện vô tuyến - điện tử. Trạm thu xách tay Trạm thu xách tay Trungtâm chỉ huy Trạm mặt đất Trạm mặt đất Hình i. Ví dụ một phương án ứng dụng của tổ hợp UAV UAV thường ứng dụng dưới dạng một hệ thống hoặc tổ hợp UAV. Một tổ hợp UAV thường bao gồm (hình i): một số UAV, một trạm điều khiển mặt đất đặt trên xe cơ động kèm theo thiết bị phóng. Đôi khi ngoài một trạm mặt
2 đất chính tổ hợp UAV còn bao gồm một số trạm thu xách tay để thu thông tin từ UAV truyền về. Về mặt kỹ thuật, UAV có nhiều điểm giống với máy bay có người lái. Máy bay có người lái có ưu điểm là do có người trực tiếp ngồi trên máy bay nên có thể trực tiếp kịp thời xử lý các tình huống phức tạp không lường trước được. Tuy nhiên, so với máy bay có người lái, UAV có ưu điểm: + Chi phí thấp cho nghiên cứu phát triển, chế tạo, vận hành, bảo đảm kỹ thuật; + Không cần phi công điều khiển trực tiếp, do đó giảm thiểu thương vong, chi phí đào tạo, có thể bay liên tục trong nhiều giờ và trong các trường hợp khẩn cấp. Không bị hạn chế bởi các yếu tố tâm sinh lý của phi công; + UAV dễ dàng thay đổi đường bay do đó khó bị đánh chặn, đồng thời có thể hoạt động ở các địa hình phức tạp; + Với kích thước nhỏ, khó bị phát hiện, UAV có thể hoạt động ở những vùng nguy hiểm, xâm nhập vào không phận đối phương để trinh sát và theo dõi đối phương, thậm chí có thể trực tiếp tấn công các mục tiêu khi cần thiết. Do có nhiều ưu điểm nổi bật như trên, cùng với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học và công nghệ, trong những năm gần đây, trên thế giới đang diễn ra sự phát triển bùng nổ về UAV. Không kể các nước có tiềm lực khoa học và công nghệ cao (Mỹ, Ixaren, Nga, Pháp, Đức...), mà ngay cả các nước đang phát triển (Trung Quốc, Ấn Độ, Iran, Malaixia...) cũng liên tiếp công bố nhiều loại UAV do họ chế tạo. Nước ta có biên giới trên biển và trên đất liền dài hàng chục ngàn km, 2/3 diện tích là vùng rừng núi, diện tích lãnh hải và vùng đặc quyền kinh tế trên biển rộng 1 triệu km2, lại đang bị tranh chấp về chủ quyền. Vì vậy việc thường xuyên kiểm soát được vùng biển, vùng rừng núi và biên giới của Tổ quốc, chống khai thác rừng và biển trái phép, phòng chống cháy rừng,... là hết sức quan trọng. Để thực hiện được nhiệm vụ này cần có phương tiện giám sát