ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
TÔ BÁ THÀNH
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP THUẬT TOÁN DẪN VÀ
ĐIỀU KHIỂN MÁY LÁI CHO MỘT LỚP THIẾT BỊ BAY
HAI KÊNH QUAY QUANH TRỤC DỌC
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9 52 02 16
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – 2023
ii
Công trình được hoàn thành tại:
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Trần Đức Thuận
2. TS Đoàn Thế Tuấn
Phản biện 1:
GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
Phản biện 2:
PGS.TS Phạm Trung Dũng
Học viện Kỹ thuật quân sự
Phản biện 3:
PGS.TS Nguyễn Quang Hùng
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án
tiến sĩ cấp Viện họp tại Viện KH-CN quân sự vào hồi …..
ngày ….. tháng ….. năm 2023
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Viện KH-CN quân sự
- Thư viện Quốc gia Việt nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Trong trang bị của Quân đội ta đang sử dụng các loại thiết bị bay
(TBB) do nước ngoài sản xuất. Để tiến tới việc tự chủ thiết kế chế tạo
TBB cần phải có những bước đi ban đầu, đó là nghiên cứu các nguyên
lý điều khiển chuyển động của TBB. TBB hai kênh được sử dụng phổ
biến và chiếm số lượng khá lớn trong lớp các TBB không đối không tầm
gần trên thế giới và trong trang bị của Không quân ta. TBB lớp này
được lắp đặt trên một số dòng máy bay chiến đấu tiêm kích có vận tốc
bay siêu vượt âm tạo vận tốc ban đầu đủ lớn cho TBB. Việc sửa chữa,
cải tiến cũng như để có cơ sở cho định hướng phát triển lớp TBB này
yêu cầu phải có những nghiên cứu sâu về mặt lý thuyết, trọng tâm là
phương pháp điều khiển và thuật toán điều khiển. Chính vì vậy, luận án
đi sâu vào một số vấn đề liên quan đến điều khiển chuyển động để TBB
đến gặp mục tiêu (MT) cơ động trên không.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng được phương pháp và thuật toán điều khiển cho một lớp
TBB hai kênh quay xung quanh trục dọc; xác định được mối quan hệ
giữa góc lệch cánh lái và lực khí động tạo ra; thiết lập được mô hình bài
toán động lực học để tiến hành mô phỏng đánh giá phương pháp và
thuật toán điều khiển TBB hai kênh.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đảm bảo toán học cho các thiết bị xử lý
thông tin trong hệ thống điều khiển trên khoang cho một lớp TBB hai
kênh hiện có trong trang bị lực lượng Không quân của ta.
Phạm vi nghiên cứu: Động lực học của bản thân TBB, động lực học
của hệ thống điều khiển trên khoang cũng như các tác động nhiễu ngẫu
nhiên đến vòng điều khiển TBB.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan TBB hai kênh và đưa ra các vấn đề liên quan
đến việc tạo lực pháp tuyến để TBB tiếp cận MT cơ động và điều khiển
các cơ cấu lái (máy lái) để tạo ra lực pháp tuyến đạt yêu cầu.
- Phân tích các phương trình mô tả động lực học bay và điều kiện
bay của TBB hai kênh để xây dựng mô hình mô tả quan hệ giữa các cặp
cánh lái của TBB hai kênh và độ bám góc tấn và góc trượt cạnh, giữa
góc tấn và góc trượt cạnh và các thành phần lực pháp tuyến.
- Áp dụng luật điều khiển tối ưu (ĐKTƯ) để xây dựng thuật toán xác
định gia tốc pháp tuyến (GTPT) tối ưu nhằm cực tiểu hóa sai số bám
MT cơ động.
2
- Áp dụng giải pháp điều khiển tuyến tính đối với TBB một kênh để
xây dựng giải pháp điều khiển cho TBB hai kênh có máy lái dạng rơ le
(MLRL). Áp dụng lý thuyết hệ tuyến tính để xây dựng thuật toán xác
định luật điều khiển cho TBB có máy lái dạng liên tục (MLLT). Các
thuật toán này nhằm điều khiển các cơ cấu lái để có GTPT đạt yêu cầu
theo thuật toán đã xây dựng.
- Mô phỏng đánh giá các thuật toán đã xây dựng.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Ứng dụng lý thuyết ĐKTƯ trong không gian trạng thái để giải bài
toán điều khiển và dẫn TBB hai kênh gặp MT cơ động với các tham số
động lực học được tối ưu hóa.
- Sử dụng phần mềm mô phỏng trên máy tính để đánh giá hiệu quả
của thuật toán tạo lệnh điều khiển.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Về ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa
học để nghiên cứu, giảng dạy về hệ thống ổn định, lập lệnh và điều
khiển quỹ đạo chuyển động của TBB hai kênh quay quanh trục dọc.
Về ý nghĩa thực tiễn: Kết quả luận án sẽ là cơ sở để cải tiến, hiện đại
hóa các loại TBB hai kênh hiện có và áp dụng trong thiết kế chế tạo mới
một loại TBB tương tự.
7. Bố cục của luận án
Luận án gồm 123 trang in khổ A4 được trình bày trong 4 chương,
với 94 hình vẽ và đồ thị minh họa, 04 bảng biểu, sử dụng 39 đầu tài liệu
tham khảo trên ba thứ tiếng (Việt, Anh và Nga). Luận án có kết cấu
gồm: Mở đầu, 4 chương, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TBB HAI KÊNH VÀ VẤN ĐỀ TỔNG HỢP LỆNH
CHO TBB BAY TIẾP CẬN MỤC TIÊU CƠ ĐỘNG TRÊN KHÔNG
1.1. Tổng quan về TBB hai kênh không đối không
1.1.1. Tổng quan về TBB hai kênh không đối không trên thế giới
Trên thế giới hiện nay, lớp TBB không đối không được thiết kế chế
tạo chủ yếu là loại TBB hai kênh. Các TBB này có đặc điểm chung là:
- Có sơ đồ phối trí khí động kiểu “vịt”, tức là sử dụng cánh lái khí
động tạo góc tấn và góc trượt cạnh để điều khiển chuyển động của TBB
theo hai kênh;
- Thông thường có bốn cánh Rô-lê-rôn bố trí trên cánh ổn định để ổn
định chuyển động quay của TBB quanh trục dọc. Lúc này các cặp cánh
lái chấp hành tạo lực điều khiển TBB theo hai kênh đứng và ngang tùy
theo chuyển động quay của nó quanh trục dọc;
3
- Sử dụng đầu tự dẫn hồng ngoại thụ động để bắt bám MT, tức là đầu
tự dẫn bám theo nguồn bức xạ nhiệt phát ra từ MT và TBB được điều
khiển để bay theo nguồn bức xạ này.
a) AIM-9L
b) AIM-92 Stinger
c) R-60М
Hình 1.1
Thiết bị bay
không đối không tầm gần thế hệ thứ ba
Tầm bắn của TBB phụ thuộc vào thời gian làm việc của động cơ.
Thông thường, thời gian bay chủ động của TBB từ 2 đến 20 s tùy theo
loại TBB. Trong thời gian này, TBB được tăng tốc đến vận tốc bay lớn
nhất. Sau khi hết nhiên liệu, TBB tiếp tục quá trình tự dẫn theo quán
tính đến MT. Vận tốc của máy bay chiến đấu ở thời điểm phóng TBB
càng lớn, TBB càng được tăng tốc lớn và bay xa hơn.
1.1.2. Nghiên cứu đặc điểm TBB hai kênh không đối không tầm gần
như là đối tượng điều khiển
TBB có sơ đồ phối trí khí động kiểu “vịt” và có sơ đồ bố trí cánh
dạng chữ nhân, cánh lái và cánh phá ổn định để tăng hiệu quả của cánh
lái. Trên mỗi cánh nâng bố trí cánh Rô-lê-rôn hãm tốc độ quay, đảm bảo
ổn định tương đối so với trục dọc TBB trong quá trình bay (Hình 1.4).
Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo TBB hai kênh
1. Đầu tự dẫn; 2. Cánh phá ổn định; 3. Phần chiến đấu; 4. Cơ cấu bảo hiểm-
chấp hành; 5. Cánh lái; 6. Máy lái; 7. Bó dây nối với bệ phóng; 8. Khối chuyển
mạch; 9. Khối điều khiển; 10. Khối tự động lái; 11. Ngòi nổ vô tuyến; 12. Máy
phát tua bin khí; 13. Cảm biến rời bệ; 14. Bình tích áp; 15. Thuốc mồi động cơ;
16. Động cơ phản lực; 17. Thuốc phóng; 18. Cánh đuôi; 19. Rô-lê-rôn.
Bảng 1.1 Tính năng chiến kỹ thuật cơ bản của TBB hai kênh
Tham số
Giá trị
Thiết bị bay
- Chiều dài
2095 mm
- Đường kính thân
120 mm
- Sải cánh
360 mm
- Khối lượng TBB
43,5 kg