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

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
______________________________________________________________________ 
ĐỖ VĂN PHÁN 
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH 
ĐỊNH HƢỚNG KHÔNG GIAN CHO THIẾT BỊ BAY 
THEO CÁC PHÉP ĐO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT 
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - 2013 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
______________________________________________________________________ 
ĐỖ VĂN PHÁN 
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH 
ĐỊNH HƢỚNG KHÔNG GIAN CHO THIẾT BỊ BAY 
THEO CÁC PHÉP ĐO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT 
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa 
Mã số: 62.52.02.16 
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT 
 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 
 1. GS. TSKH. Nguyễn Công Định 
 2. TS. Vũ Hỏa Tiễn 
HÀ NỘI - 2013 
 i 
CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội 
dung, số liệu và kết quả đã trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực 
và chưa có tác giả nào công bố trong bất cứ một công trình nào khác. 
TÁC GIẢ LUẬN ÁN 
 Đỗ Văn Phán 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ hướng 
dẫn khoa học: 
Thiếu tướng, GS-TSKH. Nguyễn Công Định 
Đại tá, TS. Vũ Hỏa Tiễn 
đã tận tình chỉ đạo và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận án. 
Tác giả của luận án cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo, 
chỉ huy Khoa Kỹ thuật điều khiển, Bộ môn Tên lửa, Phòng Đào tạo 
SĐH, Thủ trưởng Học viện KTQS và cá nhân các cán bộ, giáo viên Bộ 
môn Tên lửa đã quan tâm, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn 
thành luận án. 
Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, các nhà khoa học, các 
đồng nghiệp đã quan tâm, giúp đỡ, góp ý và cổ vũ động viên tác giả 
hoàn thành công trình khoa học này. 
TÁC GIẢ 
Đỗ Văn Phán 
iii 
MỤC LỤC 
CAM ĐOAN ............................................................................................................. i 
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... ii 
MỤC LỤC ............................................................................................................... iii 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ......................................... vii 
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................ xii 
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 
Chƣơng 1. HỆ DẪN ĐƢỜNG QUÁN TÍNH KHÔNG ĐẾ VÀ BÀI TOÁN 
ĐỊNH HƢỚNG THIẾT BỊ BAY TRINH SÁT KHÔNG NGƢỜI LÁI ..... 10 
1.1 Hệ thống dẫn đƣờng quán tính ......................................................................... 10 
1.2 Cấu trúc hệ dẫn đƣờng cho máy bay không ngƣời lái ................................. 12 
1.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ dẫn đường quán tính .................................. 12 
1.2.2 Thành phần hệ thống DĐQT, bao gồm: ....................................... 14 
1.3 Hệ điều khiển định hƣớng thân TBBKNL ..................................................... 15 
1.3.1 Nguyên lý làm việc và cấu trúc ..................................................... 15 
1.3.2 Mô tả toán học quá trình xử lý thông tin ĐKĐH ........................... 19 
1.4 Ý nghĩa của việc ổn định định hƣớng không gian cho TBB trinh sát ....... 22 
1.5 Đặt vấn đề cần nghiên cứu .................................................................................. 23 
Kết luận chƣơng 1 ....................................................................................................... 25 
Chƣơng 2. THÔNG TIN TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG SỬ 
DỤNG TRONG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG THIẾT BỊ 
BAY KHÔNG NGƢỜI LÁI ............................................................................... 26 
2.1 Những khái niệm cơ bản về từ trƣờng Trái đất và cảm biến ...................... 28 
2.1.1 Mô hình chung của từ trường Trái đất ........................................... 28 
2.1.2 Một số loại cảm biến từ trường công nghệ mới ............................. 31 
iv 
2.2 Bản chất và đặc tính của sai số khi đo từ trƣờng trên thiết bị bay ............. 35 
2.3 Những khó khăn khi sử dụng từ trƣờng Trái đất để định hƣớng TBB .... 36 
2.3.1 Sự thay đổi của từ trường ............................................................... 36 
2.3.2 Ảnh hưởng bởi từ trường do TBB tạo ra ....................................... 37 
2.3.3 Khó khăn chính của vấn đề định vị thiết bị bay theo từ trường .... 38 
2.4 Khả năng sử dụng thông tin từ trƣờng Trái đất trong điều khiển định 
hƣớng cho thiết bị bay .................................................................................................... 39 
2.4.1 Tính chất đa trị của định thức Jacobi về khả năng sử dụng đơn 
thuần thông tin từ trường Trái đất. .......................................................... 39 
2.4.2 Mô hình đo VTT Trái đất kết hợp với nguồn thông tin độc lập khác 
để ĐKĐH cho TBB ................................................................................. 42 
2.4.3 Phân tích sai số đo các thành phần vận tốc góc của TBB thông qua 
đo từ trườngg trái đất .............................................................................. 46 
2.4.4 Mô phỏng các phép đo VTG của TBB bằng phương pháp tính 
thẳng VTT có thông tin bổ sung của cảm biến độc lập .......................... 52 
Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................................... 54 
Chƣơng 3. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐO VẬN TỐC GÓC CỦA THIẾT BỊ 
BAY DỰA TRÊN LỌC PHI TUYẾN TỐI ƢU ............................................... 55 
3.1 Bài toán lọc các thành phần VTG ..................................................................... 55 
3.1.1 Những mô hình toán học đã có và lựa chọn bài toán lọc cần giải . 55 
3.1.2 Xây dựng bài toán lọc các thành phần VTG .................................. 56 
3.2 Thuật toán lọc phi tuyến các thành phần vector VTG của TBB ................ 58 
3.2.1 Mô hình toán học. .......................................................................... 58 
3.2.2 Mô phỏng thuật toán lọc trên máy tính .......................................... 61 
v 
3.3 Các thuật toán lọc phi tuyến khác trong tổng hợp bộ đo VTG của 
TBB .................................................................................................................................... 67 
3.4 Mô phỏng đánh giá các mô hình hệ thống xác định VTG đã xây dựng ... 77 
Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................................... 84 
Chƣơng 4. THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THỰC TẾ HÓA 
HỆ ĐO – XỬ LÝ THÔNG TIN VẬN TỐC GÓC CỦA THIẾT BỊ BAY 
THEO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT ..................................................................... 86 
4.1 Mô tả thực nghiệm ............................................................................................... 87 
4.2 Thiết kế và tổ chức phần cứng thực nghiệm ................................................... 88 
4.2.1 Lựa chọn các loại cảm biến............................................................ 88 
4.2.2 Thiết kế Board Sensores ................................................................ 90 
4.2.3 Lựa chọn ADC trên cơ sở Platform ElVIS-II của NI .................... 92 
4.2.4 Mô tả về giá thử con quay ba chiều ............................................... 94 
4.2.5 Sơ đồ kết nối phần cứng ................................................................. 95 
4.3 Thiết kế và xây dựng phần mềm thực nghiệm ............................................... 96 
4.3.1 Phần mềm thuật toán Extended Kalman Filter (EKF .................... 97 
4.3.2 Phần mềm thuật toán Unscented Kalman Filter (UKF) ................. 99 
4.3.3 Phần mềm thuật toán lọc Kalman thích nghi (MS-AUKF) ......... 102 
4.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm ........................................................................ 105 
4.4.1 Đánh giá chất lượng xử lý thông tin của các thuật toán lọc ........ 105 
4.4.2 Đánh giá về khả năng thực tế hóa bộ đo VTG của TBB ............. 109 
4.5 Cấu trúc các kênh điều khiển định hƣớng TBB và phƣơng pháp phối 
ghép với các bộ đo góc và VTG ................................................................................. 111 
4.5.1 Hàm truyền các kênh điều khiển và ổn định TBB cánh phẳng ... 112 
4.5.2 Cấu trúc các kênh điều khiển và ổn định định hướng TBB ......... 116 
4.5.3 Phương pháp ghép bộ đo VTG với các kênh điều khiển TBB .... 118 
vi 
Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................... 118 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 120 
DANH MỤC NHỮNG CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ 122 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 123 
vii 
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 
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 
viii 
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 
ix 
M vector tổng các mômen tác động lên TBB 
 u vector điều khiển 
m khối lượng TBB, [kg] 
 , 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] 
 
yy
C,C đạo hàm riêng hệ số lực nâng trên cánh và cánh lái 
 , 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] 
10
k,k hệ số truyền mạch hồi tiếp theo góc và tốc độ góc quay cánh lái 
2
V
q
2 
 áp lực tốc độ, [N/m2; kg/m.s2] 
SM, SCL diện tích Miden và diện tích cánh lái, [m
2
] 
 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 
xa sai số GTT đo được do thành phần gia tốc trọng trường gây ra 
6a hệ số động lực nâng cánh lái 
2a hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay 
1a hệ số cản khí động 
x 
3a hệ số hiệu quả cánh lái 
 TBBT hằng số thời gian thiết bị bay 
TBB hệ số tắt dần 
VT thời gian khí động 
 KAP hệ số truyền khối tự lái 
 )p(K hàm truyền thiết bị bay theo góc gật 
)p(K hàm truyền thiết bị bay theo góc tấn công 
)p(K hàm truyền theo góc đổi hướng 
)p(K hàm truyền theo góc trượt 
TBBK hệ số truyền của thiết bị bay 
TBBT hằng số thời gian thiết bị bay 
TBB hệ số tắt dần 
V'T thời gian khí động 
1b hệ số cản khí động 
2b hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay 
3b hệ số hiệu quả cánh lái 
4b hệ số động lực nâng do góc trượt 
6b 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 
xi 
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 
xii 
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 
Chƣơng 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 
Chƣơng 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 ... men với điều kiện bỏ qua mômen 
nhiễu: 
)p(
J
dqSm
)p(p
VJ2
dqSm
p
p
V2
d
qSm.dqSmJp
E
X
CX
X
2
CX2
2
CXECXX
2
1
E
1
1
x
1
x
1
E
11
 
  


 (4.22) 
nếu đặt: 
VJ2
dqSm
c
1
x
1
X
2
CX
1

 là hệ số cản khí động trong chuyển động liệng; 
1
E
1
X
CX
3
J
dqSm
c

 là hệ số hiệu quả cánh lái Eleron. 
Ta có: )p(c)p(cpp
E31
  (4.23) 
- Biểu thức hàm truyền rút ra từ (4.23): 
)pT1(p
K
)pc(p
c
)p(
)p(
)p(K
1
3
E 




 (4.24) 
y 
 
X 
X1 
V 
X 
Z 
Zđk 
P 
YE 
YE 
G=mg 
Y 
Ycos 
Z=Ysin 
 
Hình 4.28 Điều khiển đổi hướng đối với TBB 
cánh phẳng 
a. Đổi hướng phẳng; b. Đổi hướng kiểu liệng. 
116 
Trong đó: 
13
c/cK 

 là hệ số truyền; 
1
c/1T 

 là hằng số thời gian 
xác định quán tính TBB theo điều khiển liệng. 
4.5.2 Cấu trúc các kênh điều khiển và ổn định định hướng TBB 
Đối với TBBKNL có sơ đồ khí động kiểu cánh phẳng, hệ thống điều 
khiển trên khoang gồm có 3 kênh gật, hướng và liệng tương ứng với ba góc 
Ơ-le. Căn cứ trên các thuật toán điều khiển, hàm truyền của TBB và các phần 
tử như AP, máy lái và các phần tử hiệu chỉnh, ta có thể xây dựng được sơ đồ 
cấu trúc của các kênh điều khiển và ổn định định hướng [11, 37]. 
1. Cấu trúc của kênh gật điều khiển - ổn định độ cao 
Kênh điều khiển - ổn định độ cao làm việc theo 2 chế độ: 
- Chế độ điều khiển, khi 0)H(K
HK
   . Tức là khi thay đổi chương 
trình bay theo độ cao. 
- Chế độ ổn định độ cao bay, khi .const
cbK
  (=0, hướng vector 
vận tốc song song với mặt phẳng nằm ngang). 
Trong đó: 
KH là khâu biến đổi lệnh thành tín hiệu tỷ lệ với góc gật yêu cầu; 
KAP là hệ số truyền khối tự lái, 0AP kK theo biểu thức (1.8); 
pT1
1
1
 là khâu giữ chậm trong AP hạn chế tác động thăng giáng đầu 
vào; 
012
k/kT suy từ (1.8), đặc trưng cho quán tính của cảm biến vận tốc 
góc; 
pT1
K
1
AP
pT
2
pT1
1
ML
 ( H) )p( 
)p( 
)pTpT21(p
)T1(K
22
TBBTBBTBB
VTBB
  
Hình 4.29 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển gật 
KH 
K  
 
 
117 
pT1
1
ML
 hàm truyền khâu truyền động lái (máy lái) trong kênh. 
2. Cấu trúc của kênh điều khiển - ổn định hướng 
Trong đó các khâu thuộc AP và máy lái có chức năng và tham số giống 
như trong kênh gật, riêng khâu biến đổi KZ là biến đổi lệnh thay đổi tọa độ Z 
thành tín hiệu tỷ lệ với góc đổi hướng yêu cầu; 
Tương tự như kênh điều khiển - ổn định độ cao, kênh điều khiển - ổn 
định hướng cũng làm việc theo 2 chế độ chính. 
- Chế độ điều khiển, khi 
0ZK
)Z(K    . Tức là khi thay đổi hướng 
so với hướng ban đầu theo chương trình bay. 
- Chế độ ổn định hướng, khi .const
0K
   
3. Cấu trúc của kênh điều khiển liệng 
Sơ đồ cấu trúc của các kênh điều khiển liệng được xây dựng trên hình 
4.31. 
Sơ đồ cấu trúc được xây dựng trên cơ sở các thuật toán điều khiển liệng, hàm 
pT1
K
1
AP
pT
2
pT1
1
ML
 ( Z) )p(Z 
)p( 
)p'Tp'T'21(p
)'T1('K
22
TBBTBBTBB
VTBB
  
Hình 4.30 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển hướng 
KZ 
K  
 
 

K K Ky H
1
p
1
 Kcq 
pT1
1
ML
pT1
K


p
1
sin
K 
My  к к 
 
  E  
sinK 
Hình 4.31 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển liệng TBB 

K 
 
Con quay 
118 
truyền phần tử đo vận tốc thay đổi góc liệng  theo nguyên lý con quay hai 
bậc tự do, hàm truyền máy lái kênh liệng và bản thân TBB. 
4.5.3 Phương pháp ghép bộ đo VTG với các kênh điều khiển TBB 
Căn cứ vào mô hình toán học phép đo VTG theo VTT, mô hình bộ lọc 
tối ưu các thành phần VTG, kết quả thực nghiệm và cấu trúc các kênh điều 
khiển - ổn định góc định hướng của TBB ta có thể xây dựng được sơ đồ phối 
ghép bộ đo các thành phần VTG theo VTT với các kênh điều khiển như sau. 
Kết luận chƣơng 4 
Từ những nội dung của chương 4, có thể rút ra những kết luận sau: 
1. Đã chứng minh được khả năng thực tế hóa bộ đo các thành phần VTG 
theo VTT trong hệ TĐLK của TBB. Tính đầy đủ của vấn đề cần chứng minh 
được thể hiện cụ thể qua: lựa chọn vật tư linh kiện; thiết kế, tổ chức phần 
cứng; tổ chức, xây dựng các chương trình phần mềm thử nghiệm; đối chiếu 
MÁY TÍNH TRÊN KHOANG 
Cảm biến VTT 
(HMC-2003) 
- Cảm biến H1x 
- Cảm biến H1y 
- Cảm biến H1z 
Cảm biến bổ sung 
- Gyro MEMS 1y 
Biến đổi ADC và 
thuật toán lọc tối 
ƣu VTG 
*x1; *y1; *z1 
Thuật toán xác 
định tọa độ góc 
, ,  
Th/t tạo th/số ĐK 
- So sánh , ,  
- Tính các đạo hàm 
 ’, ’, ’ 
prog;prog;pro
g 
Th/t tạo lệnh 
- Lệnh  
- Lệnh  
- Lệnh  
 
 
 
Hình 4.32 Sơ đồ phối ghép hệ đo góc và VTG với các kênh điều khiển TBBKNL 
Kênh điều khiển - ổn định góc gật 
(sơ đồ cấu trúc 4.29) 
Kênh điều khiển - ổn định hƣớng 
(sơ đồ cấu trúc 4.30) 
Kênh điều khiển - ổn định liệng 
(sơ đồ cấu trúc 4.31) 
 
 
 
 
 
 
119 
tính ưu việt của những phương án (mô hình) xử lý thông tin và những phân 
tích kết quả thu được từ thực nghiệm. 
2. Những kết quả thực nghiệm đã phản ánh trung thực các kết quả mô 
phỏng theo những phương án lọc – xử lý thông tin đo VTG bằng VTT đã thực 
hiện trong chương 3. Từ đó cho phép ta lựa chọn mô hình tối ưu của một bộ 
đo VTG theo thông tin VTT Trái đất, đó là bộ lọc MS-AUKF có chất lượng 
cao hơn hẳn so với các mô hình còn lại. Bộ lọc này không những đáp ứng 
được tính chất phi tuyến của hệ đo trong dải rộng, mà còn thích nghi được với 
những điều kiện bất định của nhiễu tạp trong quá trình sử dụng. 
3. Trong chương 4 còn có thêm đề xuất nâng cao chất lượng của bộ đo 
phụ thuộc điều kiện cảm biến VTG, bổ sung thông tin cho hệ thống, có chất 
lượng không cao. Đề xuất này đã được thực tế hóa bằng những thuật toán lọc 
bias đầu ra cảm biến và chứng tỏ cải thiện được đáng kể độ chính xác đo. 
4. Từ kết quả phân tích, tổng hợp các thuật toán đo – xử lý thông tin từ 
trường ở chương 3, kết quả thực nghiệm và cấu trúc các kênh điều khiển - ổn 
định ở chương 4, cho phép ta xây dựng một hệ thống ĐKĐH cho TBBKNL 
như mô tả trên sơ đồ hình 4.32. 
Từ bốn kết luận trên có thể đánh giá nội dung thực nghiệm của luận án 
đã đạt được mục đích đề ra là kiểm tra khả năng hiện thực hóa những vấn đề 
lý thuyết đã nghiên cứu ở chương 2 và 3 thành thiết bị đo VTG và điều khiển 
ổn định định hướng không gian cho TBBKNL theo một phương án tối ưu. 
120 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Trên cơ sở xác định rõ mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu tác giả 
đã đặt ra các bài toán cần giải, tiến hành nghiên cứu lý thuyết, tính toán, mô 
phỏng, triển khai thực nghiệm minh chứng và đạt được các kết quả cùng những 
đóng góp mới như sau: 
 Những đóng góp mới của luận án: 
1. Đã chứng minh được việc sử dụng các cảm biến từ trường Trái đất kết hợp 
với cảm biến vận tốc góc bổ sung dạng vi cơ (MEMS) có thể xác định 
được định hướng không gian của thiết bị bay. Kết quả nghiên cứu này được 
công bố trong các công trình nghiên cứu số 1 và số 4 của tác giả. 
2. Đã tổng hợp ba mô hình lọc phi tuyến tối ưu vận tốc góc TBB từ nguồn thông 
tin từ trường Trái đất trên cơ sở lý thuyết lọc Kalman rời rạc EKF, UKF và 
MS-AUKF, biện luận, phân tích ưu nhược điểm của từng mô hình. Kết quả 
nghiên cứu này được công bố trong các công trình nghiên cứu số 2 và số 3 
của tác giả. 
3. Đã mô phỏng những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm kiểm 
chứng khả năng thực tế hóa thành thiết bị trên cơ sở linh kiện và công nghệ 
mới. Kết quả thực nghiệm phản ánh đúng các kết quả nghiên cứu lý thuyết. 
Kết quả nghiên cứu này được công bố trong các công trình nghiên cứu số 3 
của tác giả. 
 Hƣớng phát triển của luận án 
Tuy nhiên luận án mới chỉ đề cập nghiên cứu tới một phần chức năng 
của hệ thống điều khiển quán tính trên khoang TBB, đó là hệ thống điều khiển 
định hướng không gian. Phần còn lại là hệ thống điều khiển quỹ đạo đang bỏ 
ngỏ. Do đó, hướng nghiên cứu phát triển của luận án, một cách logic nhất, 
phải là tiếp tục nghiên cứu hệ thống điều khiển quỹ đạo và khép kín bài toán 
điều khiển quán tính trên khoang TBB. 
121 
Cuối cùng, tác giả của luận án tự đánh giá đã hoàn thành được nhiệm vụ 
nghiên cứu đặt ra. Để có được những kết quả trên, tác giả xin chân thành cảm 
ơn sự hướng dẫn tận tình của tập thể cán bộ hướng dẫn, cảm ơn sự giúp đỡ mọi 
mặt của tập thể cán bộ giáo viên Bộ môn Tên lửa, Khoa KTĐK và Phòng Sau 
đại học, Học viện KTQS. 
 Hà nội, ngày 18 tháng 10 năm 2013 
Người hoàn thành luận án 
 Đỗ Văn Phán 
122 
DANH MỤC 
NHỮNG CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ 
1. Vũ Hỏa Tiễn, Đỗ Văn Phán, Thiết bị bay trinh sát trong hệ thống tập kích 
đường không và vấn đề định vị theo từ trường Trái đất. Tạp chí “Khoa 
học quân sự” - Cục KHCN&MT BQP, số 5, tháng 5/2007 (tr.103-108). 
2. Nguyễn Công Định, Nguyễn Ngọc Khoa , Trịnh Ngọc Lâm, Trần Ngọc Hà, 
Đỗ Văn Phán, Nghiên cứu thiết kế CARD lọc số α, β theo chuẩn hệ PC/104 
có khả năng thay đổi cấu hình ứng dụng trong các hệ thống đo lường và điều 
khiển. Tạp chí “Khoa học và Kỹ thuật” – HVKTQS, số 118, tháng 1/2007 
(tr.126-136). 
3. Vũ Hỏa Tiễn, Đỗ Văn Phán, Kiều Bích Sơn, Chất lượng của các phương 
pháp lọc phi tuyến trong xử lý thông tin từ trường Trái đất, ứng dụng để 
tổng hợp hệ thống đạo hàng quán tính điều khiển thiết bị bay không người 
lái. Tạp chí “Khoa học và Kỹ thuật” – HVKTQS, số 138, tháng 12/2010 
(tr.60-71). 
4. Nguyễn Công Định, Vũ Hỏa Tiễn, Đỗ Văn Phán, Một mô hình phép đo 
vận tốc góc trên thiết bị bay không người lái sử dụng cảm biến từ trường 
3 trục không đế. Tạp chí “Khoa học và Kỹ thuật” – HVKTQS, số 143, 
tháng 08/2011 (tr.106-114). 
123 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tiếng Việt 
1. Nguyễn Tăng Cường, Lê Chung, Phạm Ngọc Phúc (1999) , Phân tích 
và tổng hợp hệ thống điều khiển trong không gian trạng thái, Học viện Kỹ 
thuật Quân sự. 
2. Lê Anh Dũng, Nguyễn Hữu Độ, Huỳnh Lương Nghĩa (1998), Lý 
thuyết bay và hệ thống điều khiển tên lửa phòng không (tập 1, 2, 3), 
Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội. 
3. Nguyễn Công Định (2002), Phân tích và tổng hợp các hệ thống điều 
khiển bằng máy tính, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 
4. Đàm Hữu Nghị (1991), Đạn tên lửa phòng không có điều khiển (tập 
1, 2), Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội. 
5. Nguyễn Thương Ngô (2005), Lý thuyết điều khiển tự động thông 
thường và hiện đại, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 
6. Nguyễn Doãn Phước (2005), Lý thuyết điều khiển nâng cao, NXB 
Khoa học và Kỹ thuật. 
7. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (1999), Điều khiển tối ưu và 
bền vững, NXB Khoa học và Kỹ thuật 
8. Nguyễn Doãn Phước (2006), Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung, Lý 
thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 
9. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2006), Lý 
thuyết điều khiển phi tuyến, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 
10. Vũ Hỏa Tiễn (12-2010), Cơ sở thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị 
bay. Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội. 
11. Vũ Hỏa Tiễn (12-2010), Cơ sở thiết kế hệ tự động ổn định tên lửa, 
Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội. 
12. Nguyễn Tăng Cường, Vũ Đức Trường (11-2009) Phân tích chất lượng 
động học điều khiển thiết bị bay tự dẫn trên cơ sở mô phỏng thử nghiệm 
thống kê. Hội nghị Khoa học Công nghệ Cơ khí Chế tạo toàn quốc lần thứ 
Hai. 
124 
Tiếng Anh 
13. Calise. J and Sharma. M (1998), An Adaptive Autopilot Design for Guided 
Munitions, to be presented at the AIAA Guidance, Navigation, and 
Control Conference, Boston, MA. 
14. Honeywell (01/2002), Applications of magnetic position sensors. 
15. Honeywell (09/1995), Compass heading using magnetometers. 
16. Honeywell (11/2003), Cross axis effect for amr magnetic sensors. 
17. Honeywell (05/2002), Handling sensor bridge offset. 
18. Honeywell (02/2004), HMC2003 three-axis magnetic sensor hybrid. 
19. Honeywell (04/2000), Magnetic current sensing. 
20. Honeywell (04/1996), Magnetic sensor cross axis efect. 
21. Honeywell (09/1995), Magnetic sensor hybrid application circuit. 
22. Honeywell (08/2002), Set/reset function for magnetic sensors. 
23. Honeywell (09/1995), Smart Digital Magnetometer in the laboratory. 
24. Honeywell (10/2002), Reference Design low cost compass. 
25. Honeywell (04/2005), Vehicle Detection Using AMR Sensors. 
26. Michael J. Caruso (02/1998), “Applications of Magnetoresistive Sensors 
in Navigation Systems”, Honeywell. 
27. STMicroelectronics (06/2009), LY510ALH-MEMS motion sensor high 
performance yaw ±100°/s analog gyroscope. 
Tiếng Nga 
28. Вермишев. Ю. Х. (1976), Основы управления ракетами, Военное 
издательство Министерства обороны, Москва. 
29. Болнокин В. Е., Силкин А. А. (2002), Методология моделирования и 
проектирования мобильных комплексов мониторинга пространства. 
56 стр. Издательство Института Машиноведения им. А. А. 
Благонравова. 
125 
30. Болнокин В. Е., Чинаев П. И. (1986), Анализ и синтез систем 
автоматического управления на ЭВМ. Алгоритмы и программы. 
Москва. «Радио и связь». 
31. Егупова Н. Д. (2000), Методы классической и современной теории 
автоматического управления (том 1, 2, 3), МГТУ им. Баумана, Москва. 
32. Ефремов Н. И, Максимов А. Д. (1976), Основы теории 
авоматического управления поётом крылатых ракет, Военно-
морской флот. 
33. Кирст М. А. (1971), Навигационная кибернетика полета. Воениздат. 
Москва. 
34. Лебедев K. А., Карабанов В. А. (1965), Динамика систем управления 
беспилотными летательными аппаратами, Машиностроение, 
Москва. 
35. Миронов М. А. (1976), Марковские процессы. Москва, Советское 
радио. 
36. Ольман Е. В., Соловьев А. И., Токарев В. П. (1972), Автопилоты. 
Москва, Оборонгиз. 
37. Ростопчин В. В., Беспилотные авиационные системы. Часть 7. 
Современная классификация беспилотных авиационных систем 
военного назначения. Авиа. Ру. Авторское.  
38. Салычев Олег Степанович (2007), “Автопилот БПЛА с 
Инерциальной Интегрированной Системой. M.: Изд. Радиотехника, 
256стр. 
39. Сигеру Омату, Марзуки Халид, Рубия Юсоф (2000), Нейро-
управление и его приложения, Радитехника, Москва. 
40. Силкин А. А. (2002), Алгоритм определения пространственной 
ориентации беспилотной аэродинамической платформы по 
измерениям магнитного поля земли. В сборнике «Научные проблемы 
развития Московского мегаполиса» Московская конференция 
126 
молодых ученых, тезисы доклада, Институт машиноведения им. 
А.А. Благонравова РАН, , стр.11-12. 
41. Силкин А. А. (2002), Разработка и изготовление 
экспериментального образца беспилотного летательного аппарата 
- элетролёта (БЛАЭ), “Шифр «Мушка». Итоговый отчёт о научно-
исследовательской работе”. Москва, СКБ «Топаз», 46 стр. 
42. Teкнol. (2009), Бортовой комплекс навигации и управления БЛА. 
43. Тихонов В. И. (1966), Статистическая радиотехника. Москва, 
Советское радио. 
44. Тихонов В. И., Кульман Н. К. (1975), Нелинейная фильтрация и 
квазикогерентный приём сигналов, Москва, Советское радио. 
45. Федосова Е. А. (1997), Динамическое проектирование систем 
управления автоматических маневренных летательных аппратов, 
Машиностроение, Москва. 
46. Чистяков Н. В. Что такое ДПЛА? (Рассуждения). Авиа.Ру. 
Авторское.