1. Trang Chủ
  2. Tự động hoá
  3. Xây dựng thuật toán thích nghi theo mô hình mẫu trong vòng điều khiển tên lửa từ xa

Xây dựng thuật toán thích nghi theo mô hình mẫu trong vòng điều khiển tên lửa từ xa

Bài viết trình bày các kết quả nghiên cứu, phân tích, cánh thức xây dựng thuật toán thích nghi theo mô hình mẫu trong vòng điều khiển tên lửa từ xa. Luật điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu áp dụng lý thuyết ổn định Lyapunov có dạng đơn giản, bền vững và hội tụ nhanh. SCIENCE TECHNOLOGY XÂY DỰNG THUẬT TOÁN THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU TRONG VÒNG ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA TỪ XA AN ALGORITHM OF REFERENCE MODEL ADAPTIVE CONTROL FOR MISSILE REMOTE CONTROL LOOP Nguyễn Văn Bàng1,*, Đoàn Thế Tuấn1, Nguyễn Q

Thể loại Tài liệu miễn phí Tự động hoá

Số trang 4

Ngày tạo 9/15/2019 7:41:03 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.94 M

Tên tệp

Tải Xây dựng thuật toán thích nghi theo mô hình mẫu tr... (.pdf)

Xem mẫu

  1. SCIENCE TECHNOLOGY XÂY DỰNG THUẬT TOÁN THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU TRONG VÒNG ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA TỪ XA AN ALGORITHM OF REFERENCE MODEL ADAPTIVE CONTROL FOR MISSILE REMOTE CONTROL LOOP Nguyễn Văn Bàng1,*, Đoàn Thế Tuấn1, Nguyễn Quang Hùng2, Vũ Hữu Thích3 TÓM TẮT Bản chất của việc áp dụng hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu là thiết kế bộ điều khiển sao cho hệ Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu, phân tích, cánh thức xây dựng thống đạt được những đặc tính mong muốn được đưa ra thuật toán thích nghi theo mô hình mẫu trong vòng điều khiển tên lửa từ xa. Luật điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu áp dụng lý thuyết ổn định bởi một mô hình toán (mô hình mẫu) [2, 4]. Khi đặc tính của Lyapunov có dạng đơn giản, bền vững và hội tụ nhanh. Các kết quả mô phỏng đã hệ thống thực khác so với đặc tính lý tưởng của mô hình cho thấy những ưu điểm khi sử dụng thuật toán. Đây là những luận cứ quan mẫu, hệ thống được thay đổi bằng cách điều chỉnh các trọng để phục vụ việc nghiên cứu, cải tiến, tổng hợp vòng điều khiển từ xa thiết thông số của bộ điều khiển hoặc tạo thêm tín hiệu phụ. bị bay. Tên lửa trong vòng điều khiển tên lửa từ xa là khâu động Từ khóa: Tên lửa, điều khiển, thích nghi, mô hình mẫu. học có tham số thay đổi. Sự thay đổi gia tốc pháp tuyến của tên lửa phụ thuộc vào góc lệch cánh lái trong rãnh gật được ABSTRACT V K TL The paper presents the results of research, analysis and construction of TV mô tả bởi hàm số truyền: K TL (s)  2 2 trong adaptive algorithms based on reference model within the missile remote control TTL s  2 TL TTL s  1 loop. Law on adaptive control obtained by applying stability theory Lyapunov đó: KTL là hệ số truyền của tên lửa, V là vận tốc của tên lửa, ξTL has a simple, sustainable form and rapid convergence. The simulation results là hệ số suy giảm dao động riêng của tên lửa, hằng số thời showed the advantages when using the algorithm. These are important gian TTL và hằng số thời gian khí động TV phụ thuộc vào sự arguments for research, improvement, and synthesis of remote control devices. bố trí khí động của tên lửa, vào các đặc trưng hình học và khí Keywords: Missile, control, adaptive, model reference. động học của các phần tử của tên lửa và chúng thay đổi theo điều kiện bay (độ cao bay, vận tốc bay). Đặc biệt hệ số V/TV 1 Học viện Kỹ thuật Quân sự thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào áp suất động và làm cho hệ 2 Viện Tự động hóa Kỹ thuật Quân sự số khuếch đại của hệ thống điều khiển cũng thay đổi trong 3 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội một giới hạn rộng. * Email: banghvpkkq@gmail.com Vì vậy khi tổng hợp luật điều khiển tên lửa từ xa cần Ngày nhận bài: 20/12/2018 phải xét đầy đủ tính chất động lực học của tên lửa và sự Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 25/01/2019 thay đổi các tham số K TL , TTL , TL của bản thân tên lửa. Do Ngày chấp nhận đăng: 25/02/2019 đó, trong phạm vi bài báo này, các tác giả trình bày cách thức xây dựng luật điều khiển thích nghi tên lửa trong vòng điều khiển tên lửa từ xa theo mô hình mẫu, với giả thiết 1. MỞ ĐẦU hàm số truyền của tên lửa là khâu dao động bậc 2, tên lửa Hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu là đã có hệ thống ổn định trên khoang, hệ lập lệnh sử dụng một trong những hướng tiếp cận chính đối với điều khiển phương pháp tạo lệnh theo phương pháp dẫn 3 điểm. Tên thích nghi. Đặc tính mong muốn của hệ thống được diễn tả lửa có các hệ số K TL , TTL , TL là thay đổi. bởi mô hình mẫu. Mô hình mẫu miêu tả các tính chất vào ra 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO như mong muốn của hệ thống kín [1]. Khi đáp ứng đầu ra của đối tượng điều khiển sai khác so với đầu ra mong đợi MÔ HÌNH MẪU TRÊN CƠ SỞ BỘ ĐIỀU KHIỂN PD do mô hình mẫu tạo ra, thì đối tượng điều khiển sẽ được Cấu trúc được mô tả trong hình 1 có thể được sử dụng chỉnh định bằng cách thay đổi các tham số của bộ điều như một hệ thống điều khiển PD thích nghi [1, 2]. Một đối khiển hoặc bằng cách tạo ra thêm tín hiệu nhằm loại bỏ sự tượng điều khiển có mô hình toán là khâu bậc hai được thay đổi đó dựa trên sai số giữa đầu ra của mô hình mẫu và điều khiển với sự trợ giúp của một bộ điều khiển PD. Các đầu ra của hệ thống. tham số của bộ điều khiển này là Kp và Kd. Các tham số thay Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 51
  2. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ đổi của đối tượng điều khiển (tên lửa) là ap và bp có thể Trong đó: được bù trừ bằng cách thay đổi các tham số Kp và Kd. Sau ε   0 -1  0  đây, ta sẽ tìm luật điều chỉnh cho Kp và Kd dựa trên lý thuyết x p =   ; Ap =  ; Bp =   ổn định Lyapunov [1, 3]. x  2p  b .K  p p -(a p +b p .K d ) 0  Bước 1: Xác định phương trình vi phân cho e Tương tự với mô hình mẫu: Mô hình mẫu của hệ thống có phản hồi đầy đủ có hàm εm = a yc - x1m  εm = ayc - x1m = -x2m (6) truyền đạt như sau: x 2m  2m .m  2m .x 2m (7) x 1m K  2 2 a yc T s  2  Ts  1  x m  Amxm  Bmu (8) 2 1 (1)  εm  0 -1  0  K .  Trong đó: xm =   ; Am =  2  ; Bm =   T K  m2 -2ξωm   2  2  x2m   ωm 0   1  1 s  2 m s   m2 s 2  2 .   .s    Sai lệch e được xác định theo (5) và (8): T T e  xm  xp (9) e  x m  x p  Am xm  Bmu  Ap xp  Bp u (10)  Am (xm  x p )  (Am  Ap )xp  (Bm  Bp )u  e  A m .e  A.xp  Bu Với: 0 -1   0 -1  A=(Am - Ap )=  2  -  b .K ωm -2ξωm   p p -(ap +bp .K ) d  (11)  0 0  = 2  (ωm -bp .Kp ) -2ξωm +(ap +bp .Kd ) 0  B = Bm - Bp =   ; e1 = e2 ; eT = e1 e2  ; 0  (12) e1 = x1m - x1p ; e2 = x2m - x2p Bước 2: Chọn hàm Lyapunov V(e) [3, 4] V (e )  e T Pe  aT a a  b T  b P là ma trận đối xứng xác định dương tuỳ chọn. Hình 1. Cấu trúc hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu với bộ a và b là các vector chứa các thành phần khác 0 của các điều khiển PD ma trận A và B. Phương trình trạng thái của đối tượng điều khiển: α và β là các ma trận đường chéo với các phần tử dương có chức năng xác định tốc độ của quá trình thích nghi.  x1p = x2p  (2) Với sự lựa chọn P, α và β như trên thì V(e) là một hàm  x2p = -bp .K p .x1p -(a p + bb .K d )x2p +bp .K p .a yc xác định dương. Biểu diễn lại dưới dạng các biến trạng thái: Bước 3: Xác định các điều kiện sao cho V (e) là một hàm  x1p   0 1   x1p  xác định âm  x p  =   =     x2p  -bp .K p -(a p +bp .K d )  x2p  Đạo hàm của V (e) có dạng: (3)  0  V  e TPe  e TPe  2a a aT  2b  b T +   a yc   bp .K p   V  (Am .e  A.xp  Bu) T Pe  eTP(Am .e  A.xp  Bu) Với: ε = a yc - x1p  ε = a yc - x1p = -x2p (4)  2a a aT  2b  b T x 2p  bpK p   ( ap  bb .K d ) x 2p (5)  V  (Am.e)T Pe  (Ax . p )T Pe  (Bu)T Pe  eTP(Am.e) eTP(Ax . p) Đối tượng điều khiển trong hình 1 có thể mô tả dưới  eTP(Bu) 2aaaT 2bbT dạng dưới các biến trạng thái như sau: x p  A p xp  Bpu 52 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 50.2019
  3. SCIENCE TECHNOLOGY  V  ( Am e) T Pe  e T P( Am e ) Dựa trên công thức (20, 21) thì thiết kế hệ thống thích  (*) nghi với bộ điều khiển PD theo lý thuyết ổn định Lyapunov (13) trên hình 1 được vẽ lại như hình 2.  2e P(Ax p )  2a a aT  2e T P(Bu)  2b  b T T  (**) T Đặt A P  PA m   Q m (14) Phần (*) của V (e) được viết lại thành: e T (A mT P  PAm )e  e T Qe (15) Theo định lý Malkin [1, 4], Q là ma trận xác định dương. Điều này có nghĩa giá trị của phần (*) là luôn âm. Như vậy, sự ổn định của hệ thống sẽ được đảm bảo nếu phần (**) có giá trị 0, tức là: e T PAx p  a a a T  0 và e T PBu  b  b T  0 a11 0  Với eT   e1 e2  ; e1  e2 ; a  a21 a22  ; a    0 a22  p p12  0 0    P   11  ; A  ; xp    p21 p22   a21 a22   x2p  Sau khi tính toán, ta được: 1 a 21   (P21.e1  P22 .e2 ). (16) a21 Hình 2. Sơ đồ hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu với bộ điều 1 khiển PD theo lý thuyết ổn định Lyapunov a 22   (P12 .e1  P22 .e2 ).x 2p (17) a22 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Việc mô phỏng, khảo sát luật điều khiển thích nghi tên Từ công thức (11): a21  m2  bp .K p  a 21  bp .K p (18) lửa theo mô hình mẫu được xem xét trong vòng điều khiển a22  2m  ( ap  bp .K d )  a 22  bp .K d (19) tên lửa từ xa [5]. Từ công thức (16, 17, 18, 19) ta được: Trong mục này trình bày các kết quả mô phỏng các phương pháp điều khiển bằng phần mềm Matlab từ đó đưa 1 ra những đánh giá, nhận xét cho từng trường hợp cụ thể: Kp  (P21.e1  P22 .e 2 ). .dt  K p (0) (20) a21bp  + Để khảo sát PPD 3 điểm ta chọn bộ tham số mô phỏng 1 2 5  Kd  (P21.e1  P22 .e 2 ).x 2p .dt  K d (0 ) (21) như sau: ωm = 1, ξ = 0,7, ap =15, bp = 102, Q   , a22bp  5 2  1 1 q11 q12  5,  10 thì p21 = 0,01, p22 = 0,07. Bước 4: Tìm P từ A mT P  PA m   Q Với Q    a21 a22 q21 q22  + Mục tiêu có vận tốc Vmt = 350m/s, cự ly ngang Dtxn = 19km, A mT P  PA m   Q bay ở độ cao H = 8,1km, thời gian bắt đầu cơ động tcd = 5s, thời gian kết thúc cơ động t0cd = 8s, cơ động 3g. 0 m2  P11 P12   .  + Tên lửa có vận tốc VTL = 900m/s  1 2m  P21 P22  (22) Trường hợp các tham số của tên lửa thay đổi P P   0 1  q q12   TL  0, 5 , TTL  0, 06 s , K TL  0, 8   11 12  .  2     11  P21 P22  m 2 m  q21 q22   m2 .(P21  P12 ) (P11  2mP12  m2 .P22 )   2  (P11  2mP21  m.P22 ) (P12  P21  4mP22 )  (23) q11 q12     q21 q22  q11 q11  q22 .m2  p21  ; p 22  (24) 2m2 4m3 Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 53
  4. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình 3. Sơ đồ cấu trúc VĐK từ xa với hệ thống điều khiển thích nghi 4. KẾT LUẬN Luật điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu áp dụng lý thuyết ổn định Lyapunov có dạng đơn giản, bền vững và hội tụ nhanh. Các kết quả mô phỏng chỉ ra rằng bộ điều khiển PD thích nghi theo mô hình mẫu trong vòng điều khiển tên lửa từ xa có chất lượng tốt hơn khi so sánh với luật dẫn tên lửa tối ưu tại thời điểm các tham số của tên lửa (KTL, TTL, ξTL) thay đổi. Đây là cơ sở để nâng cao độ chính xác tiêu diệt mục tiêu, đáp ứng được trong điều kiện thực tế khi các điều kiện bay của tên lửa thay đổi. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Amerongen, J. van (March, 2004). Intelligent Control (part 1)-MRAS, Lecture notes. University of Twente, The Netherlands. Hình 4. Đồ thị quá tải tên lửa [2]. Landau, Y. D. (1979). Control and Systems Theory - Adaptive Control - The Model Reference Approach. Marcel Dekker. [3]. Pankaj, K., Kumar, J.S. and Nema, R.K. (2011). “Comparative Analysis of MIT Rule and Lyapunov Rule in Model Reference Adaptive Control Scheme”. Innovative Systems Design and Engineering, Vol.2, pp. 154-162. [4]. Nguyen Duy Cuong, (2008). Advanced Controllers for Electromechanical Motion Systems. PhD thesis, University of Twente, Enschede, The Netherlands. [5]. Е.А. Федосов, В.Т. Бобронников, М.Н. Красилыщиков, В.И. Кухтенко, А.А. Лебедев, В.В. Малыщев, Е.В. Орлов, Б.В. Пучков, А.И. Силаев, В.А. Стефанов, (1997) “Динамическое проектирование систем управления автоматических маневренных летательных аппаратов”, Машиностроение, Москва, стр. 49-336 Hình 5. Đồ thị tín hiệu ayc, Kp, Kd tên lửa, mô hình mẫu Nhận xét: Trong quá trình bay của tên lửa, các tham số động học của bản thân tên lửa thay đổi, khi đó luật dẫn tối ưu không đáp ứng được. Sử dụng luật điều khiển thích nghi sẽ cải thiện hiệu quả điều khiển, nâng cao độ chính xác tiêu diệt mục tiêu. 54 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 50.2019
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học