Nghiên cứu xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo cho tên lửa đất đối đất

Bài viết trình bày thuật toán điều khiển cho tên lửa đất đối đất. Trong giai đoạn đầu thuật toán điều khiển đảm bảo cho tên lửa bám theo một quỹ đạo chuẩn được tính toán xây dựng trước.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo cho tên lửa đất đối đất Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO CHO TÊN LỬA ĐẤT ĐỐI ĐẤT Đặng Võ Công1*, Nguyễn Đức Cương2, Nguyễn Đức Thành3 Tóm tắt: Bài báo trình bày thuật toán điều khiển cho tên lửa đất đối đất. Trong giai đoạn đầu thuật toán điều khiển đảm bảo cho tên lửa bám theo một quỹ đạo chuẩn được tính toán xây dựng trước. Vấn đề điều khiển giai đoạn cuối được tiếp cận theo hướng đa dạng hóa các quỹ đạo bay nhằm gây khó khăn cho sự chống trả của đối phương cũng như tăng cự ly tối đa của tên lửa để mở rộng tầm bắn. Từ khóa: Tên lửa, Tên lửa đất đối đất, Điều khiển bám quỹ đạo. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Để bắn mục tiêu cố định tầm ngắn trên mặt đất hiện nay xuất hiện những phương án sử dụng các tên lửa đất đối đất với kết cấu đơn giản nhất có thể nhưng cho độ chính xác rất cao [5], [6]. Theo kết cấu tối giản các tên lửa (TL) này thường chỉ được trang bị cặp cánh lái khí động mà không được trang bị cánh lái dòng hoặc điều khiển véc tơ lực đẩy. Mặc dù vậy, các tên lửa đất đối đất thế hệ mới nhờ có điều khiển giai đoạn cuối, kết hợp dẫn đường quán tính (INS) với hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) nên độ chính xác rất cao. Ví dụ tên lửa Extra của Israen [5] với tầm bắn 20÷150 km, sử dụng hệ thống dẫn đường quán tính kết hợp hệ thống định vị toàn cầu đa hệ thống (kết hợp cả hệ thống GPS và hệ thống GLONASS) có sai số tản mát điểm rơi (CEP-circular error probable) khoảng 10m. Xuất phát từ bài toán điều khiển quỹ đạo cho tên lửa đất đối đất [2], nhiệm vụ đặt ra đó là cần điều khiển TL bắn trúng mục tiêu cố định trên mặt đất với quỹ đạo gồm 3 giai đoạn bay trong đó giai đoạn đầu có điều khiển, giai đoạn giữa TL bay không điều khiển theo quỹ đạo đạn đạo, đến giai đoạn cuối TL được điều khiển theo các quỹ đạo tấn công khác nhau vào mục tiêu. Bài báo sẽ đề xuất và xây dựng thuật toán bám quỹ đạo trong giai đoạn đầu cũng như thuật toán điều khiển quỹ đạo giai đoạn cuối, trong đó ở giai đoạn điều khiển cuối sẽ hướng tới việc đa dạng hóa các quỹ đạo tấn công nhằm nâng cao khả năng vượt qua hỏa lực phòng không và gây khó khăn cho sự chống trả của đối phương do đó làm tăng hiệu quả tiêu diệt mục tiêu. Do khuôn khổ có hạn nên trong bài báo chỉ xây dựng thuật toán điều khiển trong kênh đứng, thuật toán điều khiển trong mặt phẳng ngang được xây dựng tương tự. Điều này là hợp lý nếu giới hạn xét các tên lửa đất đối đất với sơ đồ khí động có cặp cánh bố trí kiểu dấu “+” hoặc dấu “×”, trong trường hợp này, nếu bỏ qua sai số của hệ thống ổn định kênh nghiêng (cren), thì tất cả các phân tích trong mặt phẳng đứng có thể chuyển sang mặt phẳng ngang; Trong bài báo giả thiết TL được trang bị các cảm biến lý tưởng để đo các tham số quỹ đạo, vận tốc, độ cao bay, tư thế trong không gian, các vận tốc góc và hệ số quá tải. Cũng giả thiết tên lửa có hệ thống tự động ổn định kênh nghiêng lý tưởng để góc cren  xấp xỉ 0. 2. THUẬT TOÁN BÁM QUỸ ĐẠO GIAI ĐOẠN ĐẦU Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 54, 04 - 2018 3  Tên lửa & Thiết bị bay Mục đích đặt ra của việc điều khiển quỹ đạo giai đoạn đầu là làm sao cho đến thời điểm kết thúc điều khiển sai số góc nghiêng quỹ đạo (   M ) và độ sai lệch quỹ đạo  (khoảng cách từ vị trí hiện thời của TL đến đường cong quỹ đạo chuẩn) là nhỏ nhất có thể, khi đó quỹ đạo đạn đạo trong giai đoạn tiếp theo sẽ gần với quỹ đạo chuẩn, điều này tạo thuận lợi cho việc điều khiển quỹ đạo giai đoạn cuối bớt đi gánh nặng và có tính khả thi, bởi trong giai đoạn cuối vận tốc của TL đã giảm nhiều, thời gian điều khiển ngắn, hơn nữa năng lượng dự trữ hạn chế. Trong [1] đã trình bày các bước đưa ra thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho một lớp các tên lửa đẩy tầm thấp. Thuật toán này hoàn toàn có thể áp dụng cho giai đoạn đầu của tên lửa đất đối đất. Theo đó, tín hiệu điều khiển kênh đứng bao gồm 2 thành phần: tín hiệu điều khiển ổn định tư thế, bám theo góc nghiêng quỹ đạo và tín hiệu điều khiển sửa độ lệch quỹ đạo theo hệ số quá tải.  h  K ( M   )  K i  ( M   )dt  K (   )  K zz  K ny (ny  n y _ mm ) (1) Trong đó: Các hệ số K , K là các hệ số tỉ lệ không thứ nguyên, K i [1/s], K ny [độ], và K z [ độ*(s/rad)]; Các hệ số K , K i , K , K z , K ny được tuyến tính từng khúc theo thời gian dưới dạng các bảng “Lookup Tables” và được lựa chọn bằng công cụ “Signal constraints” trong bộ công cụ “Simulink Design Optimization” của phần mềm SIMULINK [7]. Luật điều khiển này sẽ đảm bảo trong trường hợp khi vừa có sai lệch về hướng của véc tơ tốc độ (hướng quỹ đạo) lại vừa có sai lệch về quỹ đạo, thì tín hiệu điều khiển tổng hợp sẽ đảm bảo đưa góc nghiêng quỹ đạo về gần với góc nghiêng quỹ đạo chương trình (   M ) , đồng thời, làm triệt tiêu độ sai lệch quỹ đạo (   0 ). 3. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO GIAI ĐOẠN CUỐI 3.1. Thuật toán bám quỹ đạo theo đường thẳng mong muốn B1 M  V' Hướng bay cần có B2  mm P M  V Vị trí hiện thời của TL  Hình 1. Hình thành góc quỹ đạo mong muốn mm. 4 Đ. V. Công, N. Đ. Cương, N. Đ. Thành, “Nghiên cứu xây dựng … tên lửa đất đối đất.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Giả sử B1, B2 là vị t ...