Nghiên cứu xác định định hướng không gian của thiết bị bay theo các phép đo từ trường trái đất

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Viết tắt

ADC bộ biến đổi tương tự - số (Analog Digital Convertor) AMR điện từ - trở (Anisotropic Magneto-Resistive)

AP hệ thống tự động lái (AutoPilot)

ASS hệ thống tự động ổn định (Automatic System Stabilization) CBGTT cảm biến gia tốc thẳng

CBVTG cảm biến vận tốc góc

DĐQT dẫn đường quán tính

ĐHKG định hướng không gian

Có thể bạn quan tâm!

Nghiên cứu xác định định hướng không gian của thiết bị bay theo các phép đo từ trường trái đất - 1
Mục Tiêu, Nội Dung Và Phương Pháp Nghiên Cứu Của Luận Án Mục Tiêu Chính Của Luận Án Là:
Thân; 2 – Cánh; 3 – Cánh Liệng; 4 – Cánh Ổn Định; 5 – Cánh Lái Tầm; 6 – Cánh Lái Hướng; 7 – Cánh Ổn Định Hướng.
Ý Nghĩa Của Việc Ổn Định Định Hướng Không Gian Cho Tbb Trinh Sát

Xem toàn bộ 151 trang tài liệu này.

ĐKĐH điều khiển định hướng

ĐKQĐ điều khiển quỹ đạo

ĐKQT điều khiển quán tính

ĐKTBB điều khiển thiết bị bay

EKF bộ lọc Kalman mở rộng (Extended Kalman filter) GPS hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) GTPT gia tốc pháp tuyến

GTT gia tốc thẳng

HTĐK hệ thống điều khiển

KHKT-CN khoa học kỹ thuật và Công nghệ

MEMS hệ thống vi-cơ điện tử (Micro electro mechanical systems) MS-AUKF bộ lọc Kalman MS-AUKF (Master-Slaver Adaptive

Unscented Kalman Filte)

MTTK máy tính trên khoang

TBB thiết bị bay

TBBKNL thiết bị bay không người lái

TBBP trung bình bình phương TBBTSKNL thiết bị bay trinh sát không người lái TBBTS thiết bị bay trinh sát

TBTS thiết bị trinh sát

TĐLK hệ tọa độ liên kết

TĐVT hệ tọa độ vận tốc

TTTĐ từ trường trái đất

UKF bộ lọc Kalman UKF (Unscented Kalman Filter) VTG vận tốc góc

VTT vector từ trường

ЭДС suất điện động cảm ứng

Ký hiệu

 góc gật

 góc hướng

 góc liệng

prog góc gật theo chương trình bay

prog góc hướng theo chương trình bay

prog góc liệng theo chương trình bay

 góc tấn công TBB trong dòng khí

 góc trượt của TBB trong dòng khí

V vận tốc dòng khí tương đối so với TBB

W gia tốc pháp tuyến

r vector bán kính trọng tâm TBB trong hệ tọa độ được chọn r bán kính trọng tâm TBB trong hệ tọa độ địa tâm

 vector vận tốc góc quay TBB như một vật thể cứng

F vector tổng các lực tác động lên TBB

M vector tổng các mômen tác động lên TBB

u vector điều khiển

m khối lượng TBB, [kg]

, 

, ,

C, C

góc nghiêng quỹ đạo [rad] và đạo hàm bậc nhất của nó [rad/s]

góc gật [rad] và các đạo hàm bậc nhất [rad/s], bậc hai [rad/s2] đạo hàm riêng hệ số lực nâng trên cánh và cánh lái

y y

, 

,

góc tấn công [rad] và đạo hàm [rad/s] của nó góc trượt [rad] và đạo hàm [rad/s]

y ,

z , E

góc quay cánh lái tương ứng gật, hướng và liệng, [rad]

k0 , k1

hệ số truyền mạch hồi tiếp theo góc và tốc độ góc quay cánh lái

V2 2 2

q  áp lực tốc độ, [N/m ; kg/m.s ]

SM, SCL diện tích Miden và diện tích cánh lái, [m2] Lchiều dài của TBB, [m]

Xm, XF, XFcác tọa độ tương ứng với trọng tâm, tâm áp lực thân và tâm áp lực cánh lái của TBB

G trọng lượng của thiết bị bay [N] P lực đẩy của động cơ [N]

Ax gia tốc thẳng của TBB theo trục X Ay gia tốc thẳng của TBB theo trục Y Az gia tốc thẳng của TBB theo trục Z

a x sai số GTT đo được do thành phần gia tốc trọng trường gây ra

a6 hệ số động lực nâng cánh lái

a 2 hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay a1hệ số cản khí động

TTBB

TBB

hệ số hiệu quả cánh lái

hằng số thời gian thiết bị bay hệ số tắt dần

thời gian khí động

KAP hệ số truyền khối tự lái

K(p)

K(p)

K(p)

K(p) KTBB TTBB

TBB

T'V

b1 b2 b3 b4

hàm truyền thiết bị bay theo góc gật

hàm truyền thiết bị bay theo góc tấn công hàm truyền theo góc đổi hướng

hàm truyền theo góc trượt hệ số truyền của thiết bị bay

hằng số thời gian thiết bị bay

hệ số tắt dần

thời gian khí động hệ số cản khí động

hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay hệ số hiệu quả cánh lái

hệ số động lực nâng do góc trượt hệ số động lực nâng cánh lái hướng

c1 hệ số cản khí động trong chuyển động liệng c3 hệ số hiệu quả cánh lái Eleron

Fx giá trị hiệu chỉnh quay trong mặt phẳng X Fz giá trị hiệu chỉnh quay trong mặt phẳng Z X tọa độ của TBB trong mặt phẳng X

Z tọa độ của TBB trong mặt phẳng Z Ro bán kính trái đất

Vz vận tốc của thiết bị bay theo trục Z Vx vận tốc của thiết bị bay theo trục X

R vector bán kính của hệ tọa độ dẫn đường nằm trên thiết bị bay

 tốc độ góc của thiết bị bay

ωx tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục X ωy tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục Y ωz tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục Z

ωc tốc độ quay của trái đất trong hệ tọa độ quán tính g0 gia tốc trọng trường

0 kinh độ biết trước của thiết bị bay tại điểm A

0 vĩ độ biết trước của thiết bị bay tại điểm A

 kinh độ của thiết bị bay tại điểm B

 vĩ độ của thiết bị bay tại điểm B

v lệnh điều khiển vận tốc bay

lệnh điều khiển độ cao

lệnh đổi hướng

lệnh cơ động liệng

prog lệnh điều khiển kinh độ theo chương trình

prog lệnh điều khiển vĩ độ theo chương trình Vprog lệnh điều khiển vận tốc theo chương trình Hprog lệnh điều khiển độ cao theo chương trình H vector từ trường trong hệ tọa độ trái đất

H1 vector đo được của từ trường trái đất H trong hệ TĐLK A ma trận chuyển

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Mở đầu

Hình 1 Thiết bị bay trinh sát không người lái của một số nước trên thế giới 1

Chương 1

Hình 1.1 Sơ đồ máy bay và những cơ cấu điều khiển 11

Hình 1.2 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống điều khiển quán tính MBKNL... 13 Hình 1.3 Cấu trúc hệ ĐKĐH cho TBBKNL 17

Hình 1.4 Tương quan giữa 2 hệ TĐQT và TĐLK 19

Hình 1.5 Giải thích ảnh hưởng sai số góc định hướng tới vị trí ảnh 23

Chương 2

Hình 2.1 Từ trường Trái đất 28

Hình 2.2 Bản đồ từ trường Trái đất 30

Hình 2.3 Thay đổi từ trường trong mặt phẳng ngang XOZ 30

Hình 2.4 Phần tử từ-trở cơ bản 32

Hình 2.5 Quan hệ giữa giá trị điện trở so với hướng từ trường 32

Hình 2.6 Cầu từ trở Wheatstone 33

Hình 2.7 Tính năng set/reset của Sensor 33

Hình 2.8 Hình dạng bên ngoài của HMC2003 34

Hình 2.9 Giải thích không có khả năng định vị chỉ bằng các phép đo từ trường 41

Hình 2.10 Sự quay của VTT trong hệ TĐLK 42

Hình 2.11 Kết quả mô phỏng đo các thành phần VTT và VTG của TBB 53

Chương 3

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc thuật toán lọc phi tuyến cận tối ưu VTG của TBB theo vector từ trường Trái đất 63

Hình 3.2 Kết quả mô phỏng mô hình lọc phi tuyến hệ số tĩnh 64

Hình 3.3 Kết quả mô phỏng thuật toán lọc phi tuyến hệ số động 66

Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc của bộ lọc MS-AUKF 75

Hình 3.5 Kết quả khi tính trực tiếp vận tốc góc. 78

Hình 3.6 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF. Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte Carlo 79

Hình 3.7 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF khi cho nhiễu tăng. Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte Carlo 80

Hình 3.8 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán UKF.81 Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm thống kê Monte Carlo 81

Hình 3.9 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF và UKF 82

Hình 3.10 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán 83

MS-AUKF. Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte Carlo 83

Chương 4

Hình 4.1 Cảm biến LY510ALH 88

Hình 4.2 Sơ đồ chức năng LY510ALH 89

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý LY510ALH có bộ lọc mở rộng 90

Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý Board Sensores phần thực nghiệm 91

Hình 4.6 Sơ đồ mạch in các miniboard sensores 92

Hình 4.7 Giới thiệu tính năng của Platform ELVIS-II 93

Hình 4.8 Kết nối Platform ELVIS-II với máy tính và giao diện thực nghiệm 93

Hình 4.9 Giá quay ba trục 94

Hình 4.10 Kích thước tấm gá chuyên dụng trên giá quay 94

Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán lọc EKF 98

Hình 4.13 Giao diện nhập tham số bộ lọc EKF 99

Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán lọc UKF 101

Hình 4.15 Giao diện nhập tham số cho lọc UKF 102

Hình 4.16 Lưu đồ thuật toán lọc MS-AUKF 104

Hình 4.17 Giao diện khởi tạo và hiển thị tham số bộ lọc MS-AUKF 105

Hình 4.18 Kết quả đo VTT khi sử dụng bộ lọc EKF 106

Hình 4.19 Kết quả đo các thành phần VTG 106

Hình 4.20 Kết quả đo VTT khi sử dụng bộ lọc UKF (đơn vị gauss) 106

Hình 4.22 Kết quả đo các thành phần VTT 107

Hình 4.23 Kết quả lọc UKF các thành phần VTG 107

Hình 4.28 Điều khiển đổi hướng đối với TBB cánh phẳng 115

Hình 4.29 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển gật 116

Hình 4.30 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển hướng 117

Hình 4.31 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển liệng TBB 117

Hình 4.32 Sơ đồ phối ghép hệ đo góc và VTG với các kênh điều khiển TBBKNL 118