Tên luận án:
VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TỰ ĐỘNG BÁM SÁT MỤC TIÊU TRÊN TÀU HẢI QUÂN
Ngành:
Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa (Mã số: 9 52 02 16)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật này tập trung giải quyết vấn đề nâng cao chất lượng hệ thống tự động bám sát mục tiêu trên tàu Hải quân, đặc biệt trong bối cảnh chiến tranh hiện đại với các mục tiêu bay thấp, tiết diện phản xạ nhỏ và cơ động phức tạp. Các hệ thống bám quang điện tử (HTBQĐT) trên tàu chịu ảnh hưởng lớn từ các yếu tố nhiễu loạn như góc lắc ngang, dọc, rung lắc khi bắn pháo và thay đổi hướng tàu, dẫn đến giảm chất lượng bám sát và nguy cơ mất bám.
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu các phương pháp tổng hợp HTBQĐT nhằm đảm bảo chất lượng cao và khả năng bền vững dưới tác động của nhiễu. Đối tượng nghiên cứu là HTBQĐT trang bị trên tàu Hải quân cho mục tiêu di động, với phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích hệ điều khiển phi tuyến, các giải pháp nâng cao chất lượng và tính kháng nhiễu. Phương pháp nghiên cứu chính là mô hình hóa, phân tích lý thuyết và tổng hợp, vận dụng lý thuyết điều khiển hiện đại như điều khiển bền vững, điều khiển trượt (SMC) và điều khiển phi tuyến bất định.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm: xây dựng mô hình động học theo kênh hướng và kênh tầm cho HTBQĐT trên tàu Hải quân, có tính đến các tác động của sóng biển, nhiễu loạn và bất định; đề xuất giải pháp ổn định bệ và phương pháp tính tọa độ mục tiêu; phát triển một dạng quỹ đạo mới cho các pha tiến đến mặt trượt và xây dựng bộ điều khiển trượt với thời gian tiếp cận xác định, giúp HTBQĐT hoạt động bền vững trong điều kiện sóng gió và rung lắc; tổng hợp bộ điều khiển trượt bền vững có khả năng chống nhiễu loạn và bất định của mô hình; và đề xuất một hàm chuyển mạch mới trong vùng gần bề mặt trượt cùng giải pháp kết hợp bù trừ nhiễu để giảm đáng kể dao động tần số cao (chattering) trong hệ thống. Các kết quả mô phỏng bằng Matlab – Simulink đã kiểm chứng các thuật toán đề xuất, cho thấy các bộ điều khiển PSMC-2 và PSMC-4 đạt hiệu suất tốt hơn đáng kể so với điều khiển trượt truyền thống, với sai số bám vị trí và tốc độ bám nhỏ hơn, đồng thời giảm thiểu hiện tượng chattering hiệu quả.
Luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, góp phần làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo và nâng cấp các HTBQĐT, đảm bảo khả năng sẵn sàng chiến đấu cho lực lượng Hải quân Việt Nam.
Mục lục chi tiết:
- Phần mở đầu
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁM QUANG ĐIỆN TỬ TRÊN TÀU HẢI QUÂN
- 1. Tính cấp thiết của đề tài
- 2. Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án
- 3. Phương pháp nghiên cứu
- 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- 5. Bố cục của luận án
- Kết luận chương 1
- CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO HỆ THỐNG BÁM QUANG ĐIỆN TỬ TRÊN TÀU HẢI QUÂN
- 2.1. Đặc điểm chung các hệ thống vũ khí trên tàu Hải quân
- 2.2. Ảnh hưởng của góc lắc tới các hệ thống vũ khí trên tàu
- 2.3. Mô hình của đài quan sát quang điện tử khi gắn trực tiếp trên boong tàu
- 2.3.1. Phương trình Lagrange của đài quan sát quang điện tử
- 2.3.2. Mô hình toán học đầy đủ của đài quan sát
- 2.4. Xây dựng bệ ổn định mặt phẳng ngang cho đài quan sát quang điện tử trên tàu Hải quân
- 2.4.1. Mô tả mô hình đài quan sát quang điện tử
- 2.4.2. Định nghĩa các hệ tọa độ tham chiếu
- 2.4.3. Phân tích quá trình biến đổi tọa độ từ mặt phẳng tàu tới góc định hướng của đài quan sát quang điện tử
- 2.4.4. Phân tích động hình học từ các xilanh thủy lực tới mặt phẳng ổn định OP1P2
- 2.5. Mô hình của đài quan sát quang điện tử khi gắn trên bệ ổn định mặt phẳng ngang
- 2.6. Kết luận chương 2
- CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO HTBQĐT
- 3.1. Sự cần thiết của điều khiển trượt trong tổng hợp HTBQĐT
- 3.2. Điều khiển trượt và các đặc tính của nó
- 3.2.1. Các khái niệm cơ bản về điều khiển trượt
- 3.2.2. Xử lý thành phần bất định đầu vào
- 3.2.3. Các vấn đề xung quanh mặt trượt và điều kiện trượt
- 3.2.3.1. Mặt trượt
- 3.2.3.2. Điều kiện trượt.
- 3.2.4. Hiện tượng rung (chatteting) và điều khiển trượt bậc 2
- 3.3. Tổng hợp bộ điều khiển trượt và các giải pháp nâng cao chất lượng cho HTBQĐT trên tàu Hải quân.
- 3.3.1. Mô tả hệ thống và các điều kiện ban đầu
- 3.3.2. Đề xuất cấu trúc biến đổi cho điều khiển chế độ trượt
- 3.3.2.1. Phân tích các đặc điểm của mặt trượt truyền thống
- 3.3.2.2. Đề xuất cấu trúc biến đổi
- 3.3.3. Xây dựng luật điều khiển với cấu trúc biến đổi đề xuất
- 3.3.3.1. Xây dựng luật điều khiển với đường s₁ trong (3.59)
- 3.3.4. Giải pháp tối ưu hệ số mặt trượt
- 3.3.4.1. Xác định các giá trị sai số khi t ∈(to,t)
- 3.3.4.2. Phân tích hoạt động của hệ thống khi t≥tf
- 3.3.4.3. Tính toán hệ số mặt trượt tối ưu dựa vào giới hạn tín hiệu điều khiển theo tiêu chuẩn tối ưu ITAE
- 3.3.5. Giải pháp giảm chattering dùng hàm thay thế trong vùng gần bề mặt trượt.
- 3.3.6. Giải pháp giảm “chattering” bằng phương pháp nhận dạng và bù trừ nhiễu.
- 3.4. Kết luận chương 3
- CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN TRÊN MÔ HÌNH PHI TUYẾN CỦA HỆ THỐNG BÁM QUANG ĐIỆN TỬ
- 4.1. Mô hình ĐQS-QĐT và các tham số mô phỏng
- 4.2. Kết quả mô phỏng khi sử dụng bộ điều khiển đề xuất PSMC-2
- 4.3. Kết quả mô phỏng khi sử dụng bộ điều khiển PSMC-4 sử dụng bộ quan sát nhiễu và hàm chuyển mạch đề xuất.
- 4.4. Kết luận chương 4
- KẾT LUẬN
- 1. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu
- 2. Những đóng góp mới của luận án
- 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án
- Danh mục tài liệu tham khảo
- Phụ lục