BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

Trần Ngọc Bình

TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO HỆ
TRUYỀN ĐỘNG BÁM PHÁO PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP
CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA NHIỄU ĐỘT BIẾN

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 62 52 02 16

Hà Nội - 2018


Công trình được hoàn thành tại:
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG

Người hướng dẫn khoa học:
GS – TSKH CAO TIẾN HUỲNH
PGS – TS NGUYỄN VŨ

Phản biện 1: GS – TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC
Đại học Bách khoa Hà nội
Phản biện 2: PGS – TS PHẠM TRUNG DŨNG
Học viện Kỹ thuật Quân sự

cao độ chính xác, độ tác động nhanh của hệ thống vũ khí, nâng cao khả năng
tiêu diệt các mục tiêu bay thấp, tốc độ cao. Đặc biệt là giảm được số pháo thủ
thao tác trực tiếp trên pháo sẽ giảm được thương vong khi chiến tranh xảy ra.
Mặt khác, muốn nâng cao khả năng cơ động, hệ thống PPK phải giảm
được thời gian chuẩn bị sẵn sàng chiến đấu đồng thời đảm bảo khả năng bắn
trúng mục tiêu ngay khi không có thời gian hiệu chỉnh pháo theo các phương
pháp truyền thống.
Chính từ những lý do nêu trên, Luận án đã đặt ra mục tiêu và nội dung
nghiên cứu là:
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu xây dựng phương pháp tổng hợp
bộ điều khiển bám theo đầu vào bất định cho một lớp đối tượng cơ điện (ở
đây là hệ điều khiển hỏa lực) trên nguyên lý chủ động, đảm bảo các chỉ tiêu
chất lượng, đáp ứng yêu cầu tiêu diệt mục tiêu bay trong chiến tranh công
nghệ cao. Trên cơ sở đó tổng hợp hệ thống điều khiển truyền động tự động
cho pháo PPK ZU23mm-2N đáp ứng yêu cầu của thực tiễn.
3. Đối tượng nghiên cứu


2
Hệ thống tự động điều khiển hỏa lực cho PPK cải tiến với hệ thống
truyền động bám cơ điện đang sử dụng trong Quân đội. Đối tượng cụ thể để
thực thi thuật toán tổng hợp là hệ truyền động điện của PPK ZU23mm-2N
cải tiến.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp phân tích và tổng hợp hệ thống cũng
như các giải pháp đảm bảo chất lượng điều khiển bám loại trừ được ảnh
hưởng của nhiễu và các đặc tính phi tuyến của thiết bị trong hệ thống, đặc
biệt là những nhiễu đột biến sinh ra trong lúc bắn. Trên cơ sở đó luận án xây
dựng một phương pháp tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến cho một lớp đối

ĐIỀU KHIỂN HỎA LỰC PHÁO PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP
1.1.Giới thiệu một số hệ điều khiển hỏa lực phòng không tầm thấp:
Những hệ thống pháo phòng không tầm thấp thường được trang bị hệ
thống quang điện tử kết hợp với ra đa để sục xạo xác định mục tiêu, hệ thống
máy tính điều khiển hỏa lực và hệ thống truyền động tự động cho thiết bị
trinh sát và cho hỏa lực. Các tổ hợp PPK này thường được tích hợp trên
phương tiện cơ động. Một số tổ hợp PPK hiện đại trên thế giới được trình
bày trong luận án như: Tổ hợp PPK MANTIS (Đức); Tổ hợp PPK Porcupine
(Italia); Tổ hợp PPK RAPIDFire (Châu Âu).

Nhận xét: Các hệ thống hỏa lực phòng không tầm thấp trên thế giới
xây dựng theo xu thế này đã được giới thiệu với các tính năng ưu việt cùng
với khả năng bắn chính xác tiêu diệt mục tiêu ngay từ loạt đạn đầu với độ ổn
định cao. Tuy nhiên phương thức điều khiển và các thuật toán điều khiển đều
không được công bố.
Ở trong nước, các hệ thống điều khiển hỏa lực PPK được quân đội ta
nghiên cứu và phát triển từ những năm 1993 đến nay, điển hình của hệ thống
này là các trận địa PPK 37mm-2N tác chiến ngày và đêm do Viện TĐHKTQS/Viện KHCNQS thiết kế chế tạo, hiện đã được đưa vào trang bị phục
vụ sẵn sàng chiến đấu trong Quân đội [22]. Hệ thống bao gồm phân hệ trinh
sát trên cơ sở quang điện tử, hệ thống điều khiển hỏa lực và hệ thống pháo
điều khiển trực tiếp. Trong hệ thống này vũ khí chưa được tích hợp các hệ
thống truyền động tự động. Các hệ thống truyền động tự động sau này được
đưa vào cải tiến và lắp đặt cho PPK 14,5mm-4N và PPK Zu23mm-2N. Thuật
toán điều khiển được xây dựng trên luật điều khiển PID. Một số vũ khí khác
cũng được cải tiến để đưa lên phương tiện cơ động và đưa xuống tàu hải quân,
tuy nhiên chưa giải quyết hết các vấn đề điều khiển truyền động tự động bám.
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác bắn trong điều khiển hỏa lực:


4

động vào hệ thống còn chứa các thành phần phi tuyến bất định, với các nhiễu
đột biến. Việc áp dụng các kết quả đã nêu cho lớp đối tượng này là khó thực
hiện.


5
Để khắc phục những khó khăn đó một số công trình đề xuất sử dụng
điều khiển bền vững và điều khiển thích nghi, trong đó nổi bật là điều khiển
trượt. Trong mọi trường hợp, yêu cầu chung đối với các hệ thống cần đạt
được là: Tính chính xác và tốc độ đáp ứng của hệ thống; Tính thích nghi bền
vững của hệ thống; Tính ổn định của hệ thống.
Cho đến nay vẫn chưa có phương pháp tổng hợp hệ thống đáp ứng
đầy đủ các yêu cầu nêu trên. Rõ ràng, xây dựng phương pháp tổng hợp, thiết
kế, chế tạo hệ thống tự động bám đáp ứng tối đa các yêu cầu trên thực sự là
bức thiết.
1.3.2. Hệ truyền động cơ điện trong điều khiển hỏa lực:
Các hệ thống vũ khí điều khiển tự động thường được sử dụng hai
chuyển động chủ yếu bao gồm chuyển động quay theo góc tà (𝜀) và quay theo
góc phương vị (𝛽). Bằng hai chuyển động này hệ thống sẽ điều khiển nòng
pháo hướng vào một tọa độ đã định trước trong không gian. Các hệ truyền
động cơ điện bao gồm hộp số, động cơ, khối khuyếch đại công suất, khối điều
khiển, khối đo lường, khối nhận và chuyển đổi tín hiệu đầu vào.
Các hệ thống truyền động điện này là các đối tượng cơ điện, được các
nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và phát triển [23]. Các công trình này
được chia thành 2 nhóm:
Nhóm thứ nhất: Các công trình đơn thuần về truyền động điện, có nghĩa
là làm sao tạo ra trên đầu trục cơ cấu chấp hành (CCCH) lượng điều khiển
mô men theo yêu cầu [22], [51], [68].
Nhóm thứ hai: Sử dụng kết quả của nhóm thứ nhất điều khiển các hệ
thống cơ học phức tạp, với tín hiệu đầu vào là mô men điều khiển cho mô

- Phải có khả năng xác định nhanh các tham số đầu vào cho hệ điều
khiển, đảm bảo ổn định hướng của trục nòng trong lúc bắn cũng như sau bắn
ngay cả khi bệ đặt hỏa lực bị nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang.
- Hệ thống phải thích nghi, bền vững, giữ được chất lượng điều khiển
ngay cả trong các trường hợp tham số của hệ thống bị thay đổi.
Để đáp ứng các yêu cầu nêu trên, luận án định hướng theo các nhóm
nội dung học thuật trọng tâm sau đây:
1) Giảm thiểu ảnh hưởng của các đặc tính phi tuyến đến chất lượng
của hệ thống bằng cách bù trừ phi tuyến.
2) Xây dựng phương pháp xác định góc trục nòng pháo trong bám mục
tiêu di động ngay cả trong trường hợp bệ đặt hỏa lực nghiêng.
3) Xây dựng phương pháp tổng hợp hệ điều khiển bám có các yếu tố
phi tuyến phức tạp, bất định, đảm bảo cho hệ thống có chất lượng cao, có độ
tác động nhanh tốt, có tính kháng nhiễu cao.
Kết luận chương 1:
Qua nghiên cứu tổng quan chương 1 đã nêu rõ định hướng của luận án
là: Xây dựng phương pháp tính toán bù góc nghiêng cho hệ hỏa lực khi bắn;
Xây dựng mô hình toán học mô tả đầy đủ động học của hệ điều khiển hỏa
lực. Trên cơ sở đó tổng hợp hệ thống điều khiển bám có chất lượng cao có
tính đến tính phi tuyến bất định và nhiễu với yêu cầu phải đảm bảo được khả
năng thích nghi, khả năng kháng nhiễu, đồng thời đảm bảo được tối ưu tác
động nhanh, làm cơ sở cho việc xây dựng các hệ thống tự động điều khiển
hỏa lực bắn mục tiêu di động có chất lượng cao.


7
Chương 2
XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐẦU VÀO
CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG BÁM TRONG HỆ
ĐIỀU KHIỂN HỎA LỰC

Hệ tọa độ đế pháo được
biểu diễn trên hình 2.4.
2.2.2.2 Hệ tọa độ mâm pháo
và hệ tọa độ nòng pháo
Hệ tọa độ mâm pháo và
hệ tọa độ nòng pháo được xây
dựng để có thể xác định được
góc phương vị và góc tà của
pháo trong hệ tọa độ chuẩn
theo các góc quay theo 2 trục
của pháo.
2.2.3 Góc quay giữa các hệ tọa độ
Các góc Ơle thể hiện phép quay giữa hệ tọa độ đế pháo 𝑂𝑋𝑑 𝑌𝑑 𝑍𝑑 so
với hệ tọa độ mặt đất 𝑂𝑋𝑔 𝑌𝑔 𝑍𝑔 được xác định bằng các sensor gắn trên mâm
pháo. Góc 𝜓 là số bù của la bàn điện tử, 𝜐 và 𝜒 là giá trị góc nghiên do sensor
đo nghiêng đưa ra.
Góc quay của hệ tọa độ mâm pháo 𝑂𝑋𝑚 𝑌𝑚 𝑍𝑚 so với hệ tọa độ đế
pháo là góc của hệ truyền động phương vị, ký hiệu là 𝛽𝑝 .
Góc quay của hệ tọa độ nòng pháo 𝑂𝑋𝑛 𝑌𝑛 𝑍𝑛 so với hệ tọa độ mâm
pháo 𝑂𝑋𝑚 𝑌𝑚 𝑍𝑚 là góc được xác định bằng cách gắn cảm biến đo góc
(encoder) lên trục quay của hệ truyền động tà, ký hiệu là 𝑝 .
Như vậy, về mặt tổng quát, vị trí của nòng pháo trong hệ tọa độ mặt
đất được xác định bằng 5 góc quay 𝑝 , 𝛽𝑝 , 𝜓, 𝜐, 𝜒.
2.3 Xác định góc pháo trong hệ tọa độ đế pháo
2.3.1 Thuật toán bù nghiêng cho nòng pháo
Để tính toán và điều khiển chính xác cho hệ hỏa lực cần xác định và
bù trừ các thành phần do đế pháo bị nghiêng. Việc sử dụng sensor đo nghiêng
và la bàn điện tử sẽ cho phép giải quyết nhiệm vụ định hướng cho đường
ngắm theo phương nằm ngang, còn việc bù độ nghiêng cho các góc tà và góc


- Bước 1: Xác định các góc quay Ơle 𝜃1 , 𝜃2 , 𝜃3 từ các cảm biến đo
nghiêng và la bàn điện tử lần lượt theo (2.5), (2.6) và (2.10);
- Bước 2: Tính 𝑇𝑑−𝑔 theo (2.2);
- Bước 3: Tính 𝑇𝑛−𝑔 theo (2.11);
- Bước 4: Tính 𝑇𝑛−𝑑 theo (2.12) có các phần tử theo (2.12a);
- Bước 5: Tính góc pháo đã bù nghiêng theo (2.12b) và (2.12c).
2.3.2 Mô phỏng thuật toán bù nghiêng và so sánh thực nghiệm
Hệ thống thực nghiệm là pháo ZU23mm-2N. Việc tính toán xác định
góc nghiêng của bệ pháo thông qua thuật toán bù nghiêng khi biết các góc
𝜓, 𝜒, 𝜐 ban đầu và so sánh với góc nghiêng đo được từ các đầu đo gắn trên bệ
quay của pháo ZU23mm-2N. Thiết bị sử dụng đo để đo góc nghiêng là loại
cảm biến đo nghiêng hai trục HCA-526T có sai số  0,015 độ được gắn tại
tâm quay của bệ phương vị; mô đun la bàn điện tử với sai số 0,1 độ. Kết
quả tính toán và thực nghiệm được trình bày trong bảng 2.1.
Như vậy, bằng phương pháp bổ sung các sensor đo hướng và đo góc
nghiêng cho đế pháo, sử dụng ma trận DCM để xác định các góc Ơle, việc
xác định góc tà và góc phương vị của pháo khi góc của trục nòng pháo là góc
cho trước trong hệ tọa độ đế pháo đã được thực hiện. Điều này cho phép triển
khai hệ thống điều khiển hỏa lực một cách nhanh chóng.


10
Bảng 2.1: Bảng số liệu tính toán và thực nghiệm cho ZU23mm-2N
0

𝛽0
0

0,0



𝜒đ𝑜

0,68

0
0

𝜐đ𝑜
0

−1,56

0

𝑝

𝛽𝑝
0

0,69

−1,580

0,630

22,47

26,70


0

67,5
89,00
−22,50

0

25
250
250

0

−1,56
−1,560
−1,560

0

0,68
0,680
0,680

0

−1,23
−1,550
1,180


−1,560

0,680
0,680
0,680

−0,620
0,030
0,650

1,580
1,700
1,570

−0,600
−0,060
0,670

1,590
1,700
1,560

−45,750
−68,290
−89,720

25,610
24,950
24,330


2.4.1. Xác định các tham số chuyển động của mục tiêu
Các tham số chuyển động của mục tiêu được xác định sau khi đo cự
ly mục tiêu và góc đường ngắm tới mục tiêu tại các thời điểm t 1 và t2 [19],
với giả thiết là mục tiêu bay bằng với vận tốc không đổi như biểu diễn trên
hình 2.7.

Hình 2.7: Sơ đồ xác định các tham số chuyển động của mục tiêu
Để hệ điều khiển pháo đạt chất lượng cao, cần xác định vận tốc góc và
gia tốc góc của mục tiêu theo kênh phương vị (𝜑̇ , 𝜑̈ ) và kênh tà (𝜀̇, 𝜀̈).


11
Từ (2.20):
𝜑̇ = −𝛽̇ và 𝜑̈ = −𝛽̈

(2.20a)

* Xác định vận tốc góc và gia tốc góc theo kênh phương vị:
Ta chiếu vecto tốc độ 𝜗⃗ xuống mặt phẳng 𝑥𝑂𝑧, được vecto 𝑢
⃗⃗. Vì mục
tiêu bay bằng nên |𝑢| = |𝜗|.
Chiếu vecto 𝑢
⃗⃗ lên đường vuông góc với 𝑂𝑀𝑔 được vecto 𝓋
⃗⃗⃗ ta có:
(2.21)
|𝓋| = |𝜗|𝑐𝑜𝑠𝛽

Hình 2.8: Sơ đồ xác định các tham số tốc độ góc và gia tốc góc
Như vậy, tốc độ góc phương vị được xác định như sau:
(2.22)

𝜋
(2.27)
−𝜀
2
Như vậy, vận tốc góc và gia tốc góc theo góc tà sẽ được xác định như sau:
|𝜗|
(2.33)
𝜀̇ = −
. 𝑠𝑖𝑛𝛽. 𝑠𝑖𝑛2 𝜀
ℎ
𝜗2
𝜗2
𝜀̈ = −
. 𝑠𝑖𝑛2 𝜀. 𝑐𝑜𝑠 3 𝛽 − 2 𝑠𝑖𝑛2 𝛽. 𝑠𝑖𝑛2𝜀. 𝑠𝑖𝑛2 𝜀
{
𝜌. ℎ
ℎ
Từ (2.26), (2.24) và (2.20a) xác định vận tốc góc theo kênh phương vị:
|𝜗|
(2.34)
𝜑̇ =
. 𝑐𝑜𝑠 2 𝛽
𝜌
𝜗2
𝜑̈ = 2 𝑐𝑜𝑠 2 𝛽. 𝑠𝑖𝑛2𝛽
𝜌
{
2.4.2 Mô phỏng thuật toán
Giả sử mục tiêu bay vào trận địa với các tham số đo được tại thời
điểm 𝑡1 = 0𝑠 và 𝑡2 = 1𝑠 lần lượt là: 𝒟1 = 1500𝑚; 𝜀1 = 11,5370 ; 𝜑1 =

Trên đây, đặc tính phi tuyến, bất định và có nhiễu của các hệ thống
hỏa lực đã được đề cập đến và phân tích kỹ. Trong chương này, vấn đề xây
dựng một giải pháp tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến cho lớp đối tượng cơ
điện trong hệ thống điều khiển hỏa lực với đặc thù là các hệ truyền động có
các tham số bất định trong miền được xác định, đồng thời chịu tác động của
nhiễu bên ngoài, đặc biệt là trường hợp khi nhiễu là các hàm không trơn, có
đột biệt như trong quá trình bắn của vũ khí nhằm nâng cao chất lượng của
các hệ điều khiển này sẽ được trình bày.
3.1 Cấu trúc của hệ thống hỏa lực có điều khiển truyền động tự động
Hình 3.1 thể hiện cấu trúc của hệ truyền động điện (đối tượng cơ điện
điển hình) điều khiển hỏa lực rút gọn.

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển hỏa lực phòng không cải tiến


14
3.2 Mô hình toán học của hệ truyền đồng điều khiển hỏa lực phòng không
Mô hình toán học đầy đủ của hệ truyền động pháo được mô tả:
(3.1)
𝐵 (𝑞) 𝑞̈ + 𝐶 (𝑞, 𝑞̇ ) 𝑞̇ + 𝐹 (𝑞̇ ) + 𝐺 (𝑞) + 𝐷 = 𝜏
𝑚𝑠

𝑡

Ma trận quán tính 𝐵(𝑞)có thể phân tách thành 2 thành phần bao gồm
thành phần xác định được 𝐵̅(𝑞) biểu thị quán tính trung bình của mỗi cơ cấu
quay và ∆𝐵(𝑞) biểu thị thành phần phụ thuộc cấu hình của cơ cấu quay:
(3.4)
𝐵 (𝑞) = 𝐵̅(𝑞) + ∆𝐵(𝑞)
Để tạo ra mô men điều khiển 𝜏𝑚 , các hệ thống điều khiển sử dụng



15
(3.18)
𝑥̇ = 𝑨𝑥 + 𝑩𝑢 + 𝒇(∙)
0
Với: 𝒇(∙) = [
];
𝑓(∙)
3.3.2 Nhận dạng và đánh giá hàm nhiễu bất định có đột biến.
Để có được đánh giá đối với hàm 𝑓(∙), chúng ta sử dụng mô hình mẫu
mà động học của nó được mô tả bằng hệ phương trình (3.19).
𝑥̇ = 𝑥2𝑚
(3.19)
{ 1𝑚
𝑥̇ 2𝑚 = 𝑎1 𝑥1𝑚 + 𝑎2 𝑥2𝑚 + 𝑏𝑢
Khi đó:
(3.22)
𝑒̇ = 𝑨𝑒 + 𝒇(∙)
Và:
(3.23)
𝑓̂(∙) = 𝑒̇2 − 𝑎1 𝑒1 − 𝑎2 𝑒2
3.3.3 Xây dựng thuật toán điều khiển đảm bảo chế độ trượt và giảm rung
cho hệ thống
Dưới đây, luận án đề xuất một giải pháp mới nhằm giảm thiểu hiện tượng
rung, đồng thời luôn đảm bảo sự tồn tại của chế độ trượt cho hệ thống.
Chọn mặt trượt 𝑆 cho hệ (3.12) dưới dạng:
(3.25)
𝑆 = 𝑐1 𝑥1 + 𝑥2
với 𝑐1 > 0

𝑏
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển sử dụng chế độ trượt cho lớp đối
tượng phi tuyến bất định dưới tác động của nhiễu được thể hiện trên hình 3.4.
𝐾𝑏 =

Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển sử dụng chế độ trượt cho đối tượng
phi tuyến bất định dưới tác động của nhiễu bên ngoài
3.3.4 Mô phỏng đánh giá thuật toán
Việc mô phỏng đánh giá thuật toán được thực hiện với các hệ thống điều
khiển truyền động sử dụng động cơ một chiều không chổi than (BLDC). Kết
quả mô phỏng khẳng định hiệu quả của thuật toán đề xuất.
3.3.5. Điều kiện áp dụng
Để nhận dạng và đánh giá được nhiễu bất định, có đột biến cần xây dựng
được mô hình đối tượng, khi đó điều kiện (3.20) phải thỏa mãn, có nghĩa là
các ma trận đầu vào và ma trận trạng thái của đối tượng phải xác định.
Đối với hệ truyền động theo góc phương vị của súng pháo, mô men quán
tính tổng hợp theo góc phương vị được xác định theo công thức:
(3.36)
𝐽𝜀𝛽 (𝜀) = 𝐽𝜀𝑥 𝑠𝑖𝑛2 𝜀 + 𝐽𝜀𝑦 𝑐𝑜𝑠 2 𝜀
Vì vậy ma trận đầu vào B trong hệ truyền động phương vị là ma trận có
tham số thay đổi, nên để áp dụng Định lý 3.1 cần phải xây dựng được phương
pháp xác định các tham số động học hay xác định ma trận đầu vào của hệ
thống theo thời gian thực.
3.4 Thuật toán xác định các tham số động học của kênh phương vị
Kênh phương vị là một kênh truyền động độc lập, có thể được mô tả
bằng phương trình sau:


17
𝑝𝑣

⁄𝐽𝛽
Khi đó:

𝑘(𝜀) = 𝐽

𝐽𝛽

𝛽 + 𝐽𝜀𝛽 (𝜀)

(3.43)

Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc thuật toán xác định tham số động học của kênh
phương vị
Sử dụng (3.40) và (3.43) ta có thể xây dựng được sơ đồ cấu trúc như
hình 3.9 cho kênh phương vị theo sơ đồ hình 3.3 như trên.Cấu trúc khối nhận
dạng nhiễu trên hình 3.9 và việc xác định hệ số 𝑘(𝜀) theo (3.43) sẽ cho ta khả
năng áp dụng Định lý 3.1 với thuật toán xác định nhiễu (3.23).
Kết luận chương 3:
Chương 3 đã xây dựng mô hình toán cho lớp đối tượng cơ điện điển
hình và đề xuất phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển mode trượt cho
một lớp đối tượng phi tuyến bất định dưới tác động của nhiễu bên ngoài. Đã
đề xuất được thuật toán đánh giá nhiễu, cho phép nhận dạng – đánh giá nhiễu,
kể cả nhiễu có tính đột biến. Ngoài ra, chương 3 đã xây dựng được luật điều
khiển đảm bảo bù trừ tác động của nhiễu, đảm bảo chế độ trượt cho hệ thống
và giảm thiểu được độ rung. Nhờ vậy, hệ thống có tính bền vững và có tính
kháng nhiễu tốt.


18
Chương 4:

Đặt: 𝑥3 = 𝑥 = 𝛽 là giá trị góc phương vị; 𝑥4 = 𝑥̇ 3 là vận tốc góc phương
vị, từ thực nghiệm, hệ truyền động phương vị có thể viết dưới dạng:
𝑥̇ = 𝑥4
(4.14)
{ 3
𝑥̇ 4 = −0.0236𝑥4 + 0.0094𝑢 − 𝑓(𝑥3 , 𝑥4 ) − 𝑑
Với: 𝑓(𝑥3 , 𝑥4 ) = 343. 𝑐𝑜𝑠(𝜀)(𝑠𝑖𝑛𝛽𝑠𝑖𝑛𝜃2 − 𝑐𝑜𝑠𝛽sin𝜃1 𝑐𝑜𝑠𝜃3 )
4.2. Tổng hợp bộ điều khiển trên cơ sở giá trị lớn nhất của nhiễu
Với việc xác định được giá trị bất định lớn của nhiễu, sử dụng chế
độ trượt có thể khắc phục được ảnh hưởng của nhiễu. Tuy nhiên kết quả mô


19
phỏng cho thấy khi đánh giá nhiễu kém chính xác thì thành phần bù nhiễu
phải có dự phòng cao, đồng thời sẽ gây ra hiện tượng rung xung quanh mặt
trượt. Chính vì vậy cần xây dựng thuật toán nhận dạng nhiễu.
4.3 Tổng hợp bộ điều khiển trên cơ sở nhận dạng nhiễu
4.3.1. Nhận dạng nhiễu bất định
Dưới đây, để có được đánh giá đối với hàm 𝑓(∙), luận án sử dụng mô
hình song song mà động học của nó được mô tả bằng hệ phương trình (4.22).
𝑥̇ = 𝑥2𝑚
{ 1𝑚
𝑥̇ 2𝑚 = 𝑎2 𝑥2𝑚 + 𝑏2 𝑢
Thuật toán nhận dạng nhiễu được xây dựng theo (3.23). Áp dụng đối với
các tham số của mô hình, nhận được thuật toán đánh giá nhiễu đối với kênh
tà và kênh phương vị lần lượt là:
𝑓̂(∙) = 𝑒̇2 − 0.0988𝑒2
𝑓̂(∙) = 𝑒̇2 − 0.0236𝑒2
4.3.2 Xây dựng luật điều khiển
Luật điều khiển được xây dựng dựa trên kết quả của định lý 3.1 có dạng:

Như vậy, chỉ tiêu về sai số góc bám được đảm bảo trong dải ±2 mrad.
Tuy nhiên khi được bổ sung khối nhận dạng nhiễu, sai lệch góc đã được giảm
đi rõ rệt, đặc biệt là sai lệch góc do nhiễu đột biến từ phát bắn gây ra. Mô
men điều khiển vẫn đảm bảo không có hiện tượng rung.


21
4.3.3.2 Mô phỏng với tín hiệu hình sin
Tín hiệu hình sin đại diện cho mục tiêu di động. Tốc độ của mục tiêu
được thể hiện qua tần số thay đổi của tín hiệu.

Hình 4.14: Sai lệch góc bám tín hiệu hình sin

Hình 4.15: Mô men điều khiển bám tín hiệu hình sin
Nhận xét: Kết quả mô phỏng bám tín hiệu hình sin trên hình 4.14 và
hình 4.15 cho thấy bộ điều khiển hoàn toàn chế áp được nhiễu có tính đột
biến do ảnh hưởng của phát bắn, đảm bảo sai lệch góc bám dưới ±1 mrad,
trong khi đó mô men điều khiển không có hiện tượng rung. Như vậy thuật
toán điều khiển đề xuất có hiệu quả rất tốt.
4.4 Mô phỏng các thuật toán với bài bắn mục tiêu bay vào trận địa
4.4.1 Tham số mục tiêu mô phỏng
Các tham số chuyển động của mục tiêu được xác định từ các công thức
(2.7), (2.8), (2.9), (2.12) và (2.13), bao gồm:
ℎ = 𝒟1 sin ℰ1 = 300𝑚; 𝜗 = 200 𝑚/𝑠; 𝛽1 = 86,10;
𝜌 = 𝑑1 cos 𝛽1 = 𝒟1 . cos 𝜀1 cos 𝛽1 = 100𝑚.
4.4.2 Mô phỏng với thuật toán PIV
PIV là một thuật toán tổng hợp bộ điều khiển trên nền bộ điều khiển
PID kinh điển, trong đó bổ sung một khâu truyền thẳng với đầu vào là tốc
độ của tín hiệu bám thông qua một hệ số tốc độ Kv.


Hình 4.22: Kết quả bắn mục tiêu cố định ở cự ly 400m và bắn mục tiêu di
động ở cự ly 800m
Kết luận chương 4:
Trên cơ sở giải pháp cải tiến hệ truyền động của pháo ZU23mm-2N
trong thực tiễn và qua khảo nghiệm thực tế, chương 4 đã xây dựng mô hình
động học cho các hệ truyền động phương vị và tà của pháo sau cải tiến. Luận
án đã áp dụng các phương pháp tổng hợp bộ điều khiển trong chương 2 và
chương 3 để tổng hợp bộ điều khiển bám cho hai kênh truyền động tà và
phương vị.
Các kết quả mô phỏng và thực tế bắn đạn thật đã cho thấy: Hệ thống
sử dụng thuật toán bù nghiêng ở chương 2 đã cho kết quả bắn đạt yêu cầu với
bộ điều khiển PIV. Với kết quả mô phỏng tương ứng, các hệ truyền động sử
dụng bộ điều khiển tổng hợp được có tính ổn định bền vững cao dưới tác
động của nhiễu và sự bất định của các thành phần mô men quán tính gây ra.
Đây chính là cơ sở để khẳng định khả năng áp dụng các thuật toán được đề
xuất, làm cho chất lượng hệ thống được nâng cao.