Download miễn phí Mô hình hoá chuyển động của khí cụ bay tự động có ứng dụng các cảm biến quán tính vi cơ



Trong hệ thống dẫn đ-ờng quán tính không platfomth-ờng chỉ sử dụng các cảm
biến sau đây: các con quay do tốc độ góc wx, wy, wzvà các gia tốc kế đo gia tốc ax, a
y, azgắn liền với KCB (trong hệ toạ độ liên kết Oxyz).
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành cơ điện tử(mechatronics) khoảng m-ơi năm
gần đây người ta đã bắt đầu thay thế các cảm biến quán tính trên nguyên lý “kinh điển”
bằng các cảm biến vi cơ điện tử (Micro Electro Mechanical Sensors -MEMS).


http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2014-06-04-mo_hinh_hoa_chuyen_dong_cua_khi_cu_bay_tu_dong_co.3IQsyl91T8.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-69381/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

1
Mô hình hoá chuyển động của khí cụ bay tự động có ứng dụng
các cảm biến quán tính vi cơ
PGS,TSKH Nguyễn Đức C−ơng([email protected]),
TS Nguyễn Văn Chúc([email protected]).
Trung tâm Khoa học Kỹ thuật - Công nghệ Quân sự
Tóm tắt: Báo cáo trình bày hệ ph−ơ ng trình chuyển động trong không gian ba chiều có
tính đến mô hình sai số của hệ thống dẫn đ−ờng quán tính không platfom có sử dụng cảm
biến quán tính vi cơ (con quay, gia tốc kế ). Hệ ph−ơng trình nói trên đ−ợc giải bằng
ph−ơng pháp số cho một khí cụ bay giả định . Kết quả mô phỏng cho phép đánh giá ảnh
h−ởng sai số của các cảm biến đến các tham số chuyển động của khí cụ bay.
Trong báo cáo này sẽ đề cập đến chế độ bay ôtônôm của KCBTĐ bay trong khí
quyển với hệ thống dẫn đ−ờng quán tính không platfom (down-up inertial navigation
system) có sử dụng các cảm biến vi cơ.Trong các công trình[9-12] đã xem xét bài toán
chuyển động ôtônôm của KCBTĐ trong mặt phẳng đứng ,trong báo cáo này ta sẽ xem xét
chuyển động trong không gian ba chiều.
1. Sơ đồ của vòng điều khiển KCBTĐ ở chế độ bay ôtônôm
Sơ đồ của vòng điều khiển có máy tính trên khoang (MTTK) của các KCBTĐ hiện đại
đ−ợc trình bày trên hình 1 [4].
Hình 1: Sơ đồ vòng điều khiển ở chế độ ôtônôm trên các KCBTĐ hiện đại
Hệ thống cảm biến quán tính và tính toán các tham số dẫn đ−ờng trong hệ toạ độ mặt đất
00x0y0z0 đ−ợc gọi là hệ thống dẫn đ−ờng quán tính (inertial navigation system -INS).Trong
tr−ờng hợp hệ thống dẫn đ−ờng quán tính không platfom, do các toạ độ trong hệ toạ độ mặt
đất 00x0y0z0 phải tính toán trên cơ sở tích phân liên tục hai lần các tín hiệu về gia tốc ax, ay,
az và tốc độ góc ωx , ωy , ωz trong hệ toạ độ liên kết với các hằng số tích phân ở thời điểm
xuất phát, cho nên có sai số tích luỹ theo thời gian. Vì vậy, các hệ thống dẫn đ−ờng quán
tính này th−ờng có hiệu chỉnh theo các nguồn thông tin khác: hệ thống định vị vệ tinh , hệ
thống đo chuyển động của KCB so với mặt đất theo nguyên lý Đốple hay hệ thống đo cao
vô tuyến (hay đo cao khí áp)...
Đối t−ợng điều khiển
(Khí cụ bay)
Các cơ cấu
chấp hành
Các cảm biến
đo các tham số
chuyển động
Đặt nhiệm vụ bay và
các số liệu ban đầu
Lệnh hiệu chỉnh vô tuyến
(radiocorrection)
Thuật toán
điều khiển
Thuật toán
dẫn đ−ờng
Máy tính trên khoang
Hệ thống
dẫn đ−ờng
2
Trong phạm vi báo cáo này ta chỉ xem xét hệ thống dẫn đ−ờng quán tính không platfom
không có hiệu chỉnh . Đối t−ợng điều khiển là các KCB có góc chúc ngóc (còn gọi là góc
chúc ngửng) ϑ t−ơng đối nhỏ.
2.Mô hình động lực học bay của KCB nh− một đối t−ợng điều khiển
Căn cứ theo định luật 2 Newton ta có thể viết đ−ợc 3 ph−ơng trình chuyển động
tịnh tiến và 3 ph−ơng trình chuyển động quay của vật rắn.Kết hợp với các quan hệ động
hình học của các góc và tọa độ trong các hệ tọa độ khác nhau ta sẽ có hệ ph−ơng trình d−ới
đây[1],[9]:
θγγ
γβαγαθ
θβα
cos)sincos(
)sinsincoscos(sin)2
sincoscos)1
GZY
P
dt
dVm
GXPF
dt
dV
m
aaaa
aak
ax
k
−−+
+=


−−=Σ=


aaaa
aaak
ZY
P
dt
dmV
γγ
γβαγβαγαθ
cossin
)cossincoscossincossin(sincos)3
++
−−=

 Ψ−
yxxyz
y
z
zxzxy
y
y
zyyzx
x
x
JJM
dt
d
J
JJM
dt
d
J
JJM
dt
dJ
ωωω
ωωω
ωωω
)()6
)()5
)()4
−−Σ=



−−Σ=



−−Σ=


Ψcoscos)7 0 θV
dt
dx =
θsin)8 0 V
dt
dy =
9) Ψsincos0 θV
dt
dz −=


−= ϑγωγω
ψ
cos
1)sincos()10 zydt
d
γωγωϑ cossin)11 z
dt
d
y +=
)sincos()12 γωγωϑωγ zyz tgdt
d −−=
βγϑβαγϑβαϑθ sinsincoscossincoscoscoscossinsin)13 −−=
βγϑβαγϑβαϑθγ
βγθψβγψβααϑψ
βαγψβαϑψθ
cossincossinsincoscossincossincossin)15
sinsinsinsinsincoscoscossincossinsin
cossinsincoscoscoscossincossin)14
+−=
+−+
++=
a
Ψ
Trong đó:
ψ - góc h−ớng (của mũi KCB)
ϑ - góc chúc ngóc (còn gọi là góc chúc ngửng)
γ - góc nghiêng (còn gọi là góc xoắn hay góc cren) giữa mặt phẳng đối xứng
của KCB với mặt phẳng thẳng đứng xgOyg của hệ toạ độ chuẩn
3
γa - góc nghiêng giữa mặt phẳng xgOyg của hệ toạ độ tốc độ với mặt phẳng thẳng
đứng xgOyg của hệ toạ độ chuẩn
α - góc tấn
β - góc tr−ợt (còn gọi là góc tr−ợt cạnh)
θ - góc nghiêng quỹ đạo
Ψ - góc h−ớng quỹ đạo
Vk - tốc độ bay so với hệ tọa độ mặt đất Oxoyozo
m - khối l−ợng của KCB
Mx , My , Mz - các mômen khí đông học tác dụng lên KCB trong hệ toạ độ liên kết
Ya - lực nâng trong hệ toạ độ tốc độ
Xa - lực cản trong hệ toạ độ tốc độ
Za - lực dạt s−ờn trong hệ toạ độ tốc độ
ωx , ωy , ωZ - các tốc độ góc của KCB trong hệ toạ độ liên kết.
Một vài nhận xét:
- hệ ph−ơng trình này bao gồm 12 ph−ơng trình vi phân và 3 ph−ơng trình đại số
siêu việt.
- 12 ph−ơng trình vi phân có thể dễ dàng chuyển về dạng Cauchy và giải bằng các
ph−ơng pháp số, ví dụ ph−ơng pháp Runge-Kutta.
- 3 ph−ơng trình đại số siêu việt nói trên cũng có thể giải bằng ph−ơng pháp số, ví
dụ ph−ơng pháp lặp.
Tuy nhiên,thông th−ờng các góc α và β rất nhỏ . Trong các góc θ, ϑ, α, β, γ, γa ,Ψ,
ψ thì các góc Ψ, ψ, γ, và γa không thể coi là bé đ−ợc, còn các góc α, β nh− đã nói trên
có thể coi là bé. Các góc θ và ϑ nh− đã nói trên cũng đủ nhỏ để có thể coi cosθ ≈ cosϑ ≈
1 (ví dụ khi θ = 10o thì cosθ ≈ 0,985) và sinθ ≈ θ, sinϑ ≈ ϑ. Với các giả thiết nói trên, quan
hệ giữa các góc này trong các ph−ơng trình 13, 14, 15 của hệ ph−ơng trình nói trên sẽ là:
θ = ϑ - α ,Ψ = ψ - β , γa = γ
3. .Mô phỏng chức năng của các khâu khác trong vòng điều khiển bay của KCBTĐ
3. 1.Mô phỏng các cảm biến quán tính
Trong hệ thống dẫn đ−ờng quán tính không platfom th−ờng chỉ sử dụng các cảm
biến sau đây: các con quay do tốc độ góc ωx, ωy, ωz và các gia tốc kế đo gia tốc ax, ay, az
gắn liền với KCB (trong hệ toạ độ liên kết Oxyz).
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành cơ điện tử (mechatronics) khoảng m−ơi năm
gần đây ng−ời ta đã bắt đầu thay thế các cảm biến quán tính trên nguyên lý “kinh điển”
bằng các cảm biến vi cơ điện tử (Micro Electro Mechanical Sensors -MEMS).
Mô hình sai số của các cảm biến quán tính có dạng sau:
Đối với gia tốc kế
∆a=∆c.a + U∆a
Đối với con quay (độ trôi)
=∆ .ω ∆b.ω + U∆ω
Trong các công thức trên U∆a , U∆ω là thành phần hằng số; ∆c , ∆b là thành phần
sai số hệ số tỷ lệ [5].
Các sai số này không ảnh h−ởng đáng kể đến mạch dập dao động của KCBTĐ
nh−ng rất đáng kể nếu sử dụng cảm biến này trong hệ dẫn đ−ờng quán tính không platfom
vì các sai số này qua các mạch tích phân sẽ đ−ợc tích luỹ theo thời gian.
Các gia tốc kế đ−ợc lắp liền trên KCBTĐ để đo gia tốc ax , ay , az theo nguyên lý
quán tính .
4
Nếu ta đặt 3 gia tốc kế theo 3 trục Ox, Oy, Oz ở đúng tâm khối O thì ta có thể đo cả
3 thành phần của gia tốc ax , ay , az . Tuy nhiên, giả sử KCBTĐ bay thẳng đều trong mặt
phẳng nằm ngang (tức là ax = ay = az = 0) nh−...

---