Tóm tắt Luận án Tổng hợp hệ thống điều khiển cho thiết bị bay có tốc độ thay đổi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ 
PHẠM QUANG HIẾU 
TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
CHO THIẾT BỊ BAY CÓ TỐC ĐỘ THAY ĐỔI 
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa 
 Mã số: 9520216 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Hà Nội - 2018 
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
1. PGS.TS Trần Đức Thuận 
2. PGS.TS Nguyễn Văn Lâm 
Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Doãn Phước 
Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Đức Cương 
Phản biện 3: PGS.TS Phạm Tuấn Thành 
 Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện theo 
quyết định số 345/QĐ-VKHCNQS, ngày 30 tháng 3 năm 2018 của 
Giám đốc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, họp tại viện Khoa học 
và Công nghệ quân sự vào hồi .... giờ ..... ngày.... tháng..... năm 2018 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự 
- Thư viện Quốc gia Việt Nam 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Thiết bị bay (TBB) có tốc độ thay đổi là một chủng loại bay hiện đại 
đang được nhiều nước sản xuất và đưa vào sử dụng. Quân đội Nhân dân 
Việt Nam cũng đã được trang bị chủng loại TBB này (tên lửa đối hải K310, 
3M-54E; tên lửa phòng không S-300....). 
Việc xuất hiện đối tượng bay có tốc độ thay đổi, đòi hỏi phải có những 
nghiên cứu mới để giải quyết bài toán tổng hợp hệ thống điều khiển, mà 
trong đó không thể áp dụng các kiến thức kinh điển về hệ tuyến tính dừng. 
2. Mục đich, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Mục đích nghiên cứu của luận án là xây dựng phương pháp luận để 
tổng hợp hệ thống điều khiển (HTĐK) cho một lớp TBB có tốc độ thay đổi, 
với đối tượng cụ thể là một lớp tên lửa đối hải hoặc đối không. 
Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn trong khuôn khổ bài 
toán tổng hợp luật điều khiển cho TBB có tốc độ thay đổi ở giai đoạn bay 
tự lập và tổng hợp luật tự dẫn cho TBB có tốc độ thay đổi đến điểm gặp 
mục tiêu (MT) di động. 
3. Phương pháp nghiên cứu 
Nghiên cứu lý thuyết mô hình hóa chuyển động của đối tượng bay để 
xây dựng mô hình động học TBB có tốc độ thay đổi; Phân tích, tổng hợp lý 
thuyết điều khiển hiện đại để vận dụng tổng hợp HTĐK cho TBB có tốc độ 
thay đổi; Mô hình hóa, mô phỏng bằng máy tính để thực nghiệm mô phỏng 
kiểm chứng hiệu quả của thuật toán điều khiển đã xây dựng. 
4. Bố cục của luận án 
Toàn bộ luận án gồm 120 trang trình bày thành 4 chương, 48 hình vẽ, 
03 bảng biểu và 18 phụ lục. 
5. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học của luận án 
Ý nghĩa thực tiễn: Chứng minh tính hiệu quả của thuật toán điều 
khiển mà luận án đề xuất; Là cơ sở lý luận để ứng dụng cải tiến, nâng cấp, 
sửa chữa và tiến tới chế tạo thiết bị điều khiển trên tên lửa có trong trang bị 
của Quân đội; Phục vụ cho công tác nghiên cứu, giảng dạy tại các Học 
viện, Nhà trường trong Quân đội. 
2 
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần hoàn 
thiện lý thuyết điều khiển TBB có tốc độ thay đổi. Cụ thể hóa khả năng ứng 
dụng lý thuyết điều khiển hiện đại vào bài toán tổng hợp hệ thống điều 
khiển TBB có tốc độ thay đổi. 
Chương 1 
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
THIẾT BỊ BAY TỰ ĐỘNG 
1.1. Hệ tọa độ khảo sát và các góc đặc trưng cho chuyển động của TBB 
1.1.1. Hệ tọa độ khảo sát chuyển động của thiết bị bay 
Hệ tọa độ thường dùng gồm: Hệ tọa độ mặt đất (O0X0 Y0 Z0); Hệ tọa độ 
mặt đất di động (OXg Yg Zg); Hệ tọa độ liên kết (OXb Yb Zb); Hệ tọa độ tốc 
độ (OXa Ya Za); Hệ tọa độ quỹ đạo (OXk Yk Zk). 
1.1.2. Các góc đặc trưng cho chuyển động của thiết bị bay 
Các góc đặc trưng gồm: Góc hướng (ψ); Góc chúc ngóc (góc gật - ϑ); 
Góc nghiêng (góc Cren - γ); Góc nghiêng quỹ đạo (θ); Góc tấn ( ); Góc 
trượt (β). 
1.2. Hệ thống điều khiển thiết bị bay tự động 
1.2.1. Khái quát về hệ thống điều khiển thiết bị bay tự động 
Chức năng của HTĐK là lái TBB đến điểm gặp MT theo lệnh điều 
khiển từ hệ thống dẫn hướng hoặc theo chương trình định trước. Trong 
trường hợp chung, hệ thống điều khiển TBB tự động ứng dụng trong quân 
sự để tiến công MT (tên lửa) gồm các khâu: Xử lý thông tin MT; Phương 
pháp dẫn; Vòng điều khiển; Điều khiển nổ. Trong đó, khâu xử lý thông tin 
MT và phương pháp dẫn là căn cứ chính để phân loại hệ thống điều khiển 
TBB tự động. 
Căn cứ vào phương pháp dẫn có thể tách hệ thống điều khiển TBB tự 
động thành: HTĐK tự lập; HTĐK bằng lệnh; HTĐK tự dẫn; HTĐK kết hợp. 
1.2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển kết hợp tự lập và tự dẫn 
Thành phần cơ bản của HTĐK cho lớp TBB tự động xét đến trong 
luận án được thể hiện trong hình 1.5. 
3 
Hình 1.5. Sơ đồ chức năng hệ thống điều khiển kết hợp tự lập và tự dẫn 
1.3. Các phương pháp dẫn thiết bị bay gặp mục tiêu di động 
Bản chất của bài toán dẫn là tạo ra lực pháp tuyến tác động vào tâm 
khối TBB nhằm duy trì một tham số nào đó của quan hệ tương đối giữa MT 
và TBB, đảm bảo dẫn TBB đến vùng lân cận MT. Dựa vào mối quan hệ 
giữa vị trí điều khiển, MT và TBB, trong quá trình dẫn TBB đến điểm gặp, 
có thể chia phương pháp dẫn thành hai nhóm: “Phương pháp dẫn ba điểm” 
và “Phương pháp dẫn hai điểm”. Với lớp TBB xét đến trong luận án thì 
phương pháp dẫn hai điểm được ứng dụng phổ biến. 
Nhóm phương pháp dẫn hai điểm còn gọi là các phương pháp dẫn 
TBB trong điều khiển tự dẫn. Quá trình TBB tiếp cận MT luôn luôn tồn tại 
mối quan hệ thông tin giữa TBB và MT. Tùy thuộc vào cách lựa chọn quy 
luật quay của đường ngắm TBB-MT trong hệ tọa độ dẫn có thể chia thành 
các phương pháp dẫn khác nhau: Dẫn đuổi; Dẫn hướng trục dọc TBB vào 
điểm đón; Dẫn véc tơ vận tốc TBB vào điểm đón; Dẫn tiếp cận song song; 
Dẫn tiếp cận tỷ lệ. 
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về tổng hợp lệnh điều khiển và luật dẫn 
thiết bị bay tự động 
1.4.1. Tổng quan các nghiên cứu về tổng hợp lệnh điều khiển TBB 
Các công trình nghiên cứu tổng hợp lệnh điều khiển cho TBB tự động 
trước đây đã ứng dụng cả phương pháp kinh điển, phương pháp hiện đại để 
xây dựng thuật toán điều khiển, đa số các công trình đều thực hiện tuyến 
tính hóa mô hình động học TBB và coi thông số tốc độ bay không đổi. Một 
4 
số công trình nghiên cứu của nước ngoài có đề cập đến sự thay đổi tốc độ 
bay, tuy nhiên do tính chất bí mật nên bài toán đặt ra chưa tường minh. 
1.4.2. Tổng quan các nghiên cứu, cải tiến và hiện đại hóa phương pháp 
dẫn TBB 
Trước nhu cầu khai thác, làm chủ, tiến tới chế tạo các bộ phận thay thế 
trên TBB có trong trang bị của Quân đội, đã có nhiều công trình trong nước 
tập trung nghiên cứu cải tiến, hiện đại hóa các phương pháp dẫn TBB. 
Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy tính hiệu quả của các thuật toán đề 
xuất. Tuy nhiên điểm còn tồn tại của các công trình này là chưa giải quyết 
bài toán tổng hợp luật dẫn một cách đầy đủ khi đề cập đến các yếu tố gây 
sai số. 
1.5. Ý nghĩa sự thay đổi tốc độ bay và vấn đề tổng hợp hệ thống điều 
khiển thiết bị bay có tốc độ thay đổi 
1.5.1. Ý nghĩa của sự thay đổi tốc độ bay 
Đối với các TBB ứng dụng trong quân sự, thay đổi tốc độ bay là một 
biện pháp nhằm hạn chế khả năng phòng không của đối phương khi TBB 
tiếp cận MT và tăng khả năng phá hủy MT. Sự thay đổi tốc độ bay có thể 
được thực hiện trong giai đoạn bay tự lập khi tiếp cận gần MT, hoặc thực 
hiện trong giai đoạn tự dẫn. Việc tốc độ của TBB thay đổi có ý nghĩa về 
mặt chiến thuật, tuy nhiên lại làm ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình 
điều khiển, vì vậy vấn đề đặt ra cần phải nghiên cứu tổng hợp HTĐK cho 
đối tượng bay này đáp ứng yêu cầu thích nghi với sự thay đổi tốc độ bay. 
1.5.2. Vấn đề tổng hợp hệ thống điều khiển thiết bị bay có tốc độ thay đổi 
- Đặt vấn đề: Xây dựng mô hình động học TBB có tốc độ thay đổi, 
tổng hợp luật dẫn và các thuật toán điều khiển TBB có tốc độ thay đổi dựa 
trên lý thuyết điều khiển tối ưu và thích nghi. 
- Điều kiện và giới hạn vấn đề nghiên cứu: Chỉ xét đến sự thay đổi tốc 
độ bay ở cuối giai đoạn bay tự lập và trong giai đoạn tự dẫn; Bỏ qua sự 
5 
quay và độ cong bề mặt trái đất khi xây dựng mô hình động lực học bay; 
Bộ tham số về động lực học, khí động học, kích thước hình học và phân bố 
trên khoang TBB được giả định từ một loại tên lửa đối hải nhưng không 
được nêu tên và ký hiệu; Mọi khảo sát chất lượng HTĐK được thực hiện 
theo phương pháp mô hình hóa và mô phỏng trên máy tính; Phương pháp 
tạo lực và mô men điều khiển TBB theo sơ đồ khí động học thông thường; 
Bài toán chỉ xét đến mô hình động học TBB và cấu trúc của bộ điều khiển 
TBB khi thay đổi tốc độ; Bài toán xét đến mô hình động hình học tự dẫn 
TBB có tốc độ thay đổi đến điểm gặp MT di động với giới hạn cự ly nhỏ nhất. 
- Các vấn đề cần giải quyết được phân thành 4 bài toán sau: 
+ Bài toán 1: Sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp để xây dựng 
mô hình không gian trạng thái mô tả động hình học tự dẫn TBB có tốc độ 
thay đổi đến điểm gặp MT di động và có tính đến các yếu tố gây sai số động. 
+ Bài toán 2: Sử dụng lý thuyết điều khiển tối ưu để tổng hợp luật dẫn 
TBB có tốc độ thay đổi trong giai đoạn tự dẫn đến điểm gặp MT di động. 
+ Bài toán 3: Sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp để xây dựng 
mô hình không gian trạng thái mô tả động học TBB có tốc độ thay đổi. 
+ Bài toán 4: Sử dụng lý thuyết điều khiển điều khiển thích nghi để 
tổng hợp luật điều khiển cho TBB có tốc độ thay đổi. 
1.6. Kết luận chương 1 
1. Hệ thống điều khiển điều khiển kết hợp giữa tự lập và tự dẫn là 
HTĐK được áp dụng phổ biến cho lớp TBB sử dụng trong quân sự để tiến 
công các mục tiêu trên biển hoặc trên không. Hệ thống này gồm tổ hợp các 
thiết bị phức tạp đặt trên khoang TBB. Việc nghiên cứu các thành phần 
trong hệ thống đã được nhiều công trình trong và ngoài nước đề cập, tuy 
nhiên vấn đề xây dựng luật điều khiển cho lớp thiết bị bay có tốc độ thay đổi 
chưa có công trình nào đã phổ biến ở Việt Nam đề cập một cách tường minh. 
6 
2. Luật dẫn TBB trong giai đoạn tự dẫn được các công trình nghiên 
cứu trong nước đề xuất trên cơ sở bài toán điều khiển tối ưu, nhưng phương 
pháp giải quyết bài toán chưa triệt để với các yếu tố tác động như gia tốc 
MT, gia tốc dọc trục TBB và gia tốc trọng trường. 
3. Các bài toán đặt ra nhằm mục đích giải quyết các vấn đề còn tồn tại 
mà các công trình nghiên cứu trước đây chưa đề cập đến như đã nêu ở trên. 
Các vấn đề này sẽ được thực hiện trong các chương tiếp theo của luận án. 
Chương 2 
XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH GIA TỐC 
 PHÁP TUYẾN TỐI ƯU CHO MỘT LỚP THIẾT BỊ BAY TRONG 
GIAI ĐOẠN TỰ DẪN THEO THÔNG TIN VỀ TỐC ĐỘ QUAY 
ĐƯỜNG NGẮM 
2.1. Mô hình động học tự dẫn thiết bị bay 
Xét một lớp TBB trong giai đoạn tự dẫn thực hiện tiến công MT. Giả 
sử tại thời điểm bắt đầu tự dẫn TBB đã thực hiện quay về hướng tới điểm 
gặp MT và chuyển động của TBB được hạn chế với độ lệch nhỏ theo 
hướng đến điểm gặp. Tương quan hình học giữa TBB và MT trong giai 
đoạn tự dẫn được thể hiện trên hình 2.1. 
Hình 2.1. Tương quan hình học giữa TBB và MT trong giai đoạn tự dẫn 
2.1.1. Mô hình động học tự dẫn thiết bị bay trong mặt phẳng ngang 
Qua các phép biến đổi và đặt biến trạng thái ta có mô hình ĐHH tự dẫn 
TBB trong mặt phẳng ngang (kênh ngang) dưới dạng không gian trạng thái: 
 n n n n nn nx A x B u C   (2.11) 
Trong đó:  
T
n nnx    ; n tnu =W
 ; n mn xnW W
  
7 
0 1
2
0
n t
A V
d
; 
0
1nB
d
; 
0
1nC
d
2.1.2. Mô hình động học tự dẫn thiết bị bay trong mặt phẳng đứng 
Thiết lập tương tự trong mặt phẳng ngang ta có mô hình ĐHH tự dẫn 
TBB trong mặt phẳng đứng (kênh đứng): 
 d d d d dd d
x A x B u C   (2.21) 
Trong đó:  
T
d ddx    ; d tdu =W
 ; d md xdW W g
   
0 1
2
0
d t
A V
d
; 
0
1dB
d
; 
0
1dC
d
2.2. Bài toán điều khiển tối ưu khi có tác động của nhiễu 
Xét một hệ thống tuyến tính có tác động của nhiễu dưới dạng: 
 X AX BU C  (2.22) 
Tìm biến điều khiển U để cực tiểu hàm chỉ tiêu chất lượng: 
0
1 1
2 2
ft
T T T
f f
t
J X ( t ). .X( t ) ( X QX U RU )dt min (2.23) 
Khi này biến điều khiển tối ưu tương ứng: 
 1 1 1
* T T
xU (t ) R B K ( t )X R B K ( t )
 (2.28) 
Trong đó xK ( t ) , 1K ( t ) là nghiệm của hệ phương trình: 
1 T T
x x x x x x fK (t ) K ( t )BR B K ( t ) K ( t )A A K ( t ) Q, K ( t ) 
  (2.29) 
1
1 1 1 0
T T
x x fK ( t ) K ( t )BR B A K ( t ) K ( t )C , K ( t )
 (2.30) 
- Ma trận hệ số Kx hoàn toàn có thể xác định trước bằng cách giải hệ 
phương trình (2.29) khi các ma trận A, B, Q không thay đổi trong quá trình 
điều khiển. 
- Vì điều kiện biên của (2.30) ở phía phải, nên để xác định K1(t) ở thời 
điểm t cần phải dự đoán được ξ ở thời điểm tương lai trong khoảng (t0, tf) . 
8 
2.3. Thuật toán xác định gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh ngang 
Từ biểu thức (2.28) áp dụng với mô hình động học tự dẫn TBB (2.11) 
ta có gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh ngang: 
1 1
1n n
* T T
n x nnu ( t ) R B K ( t )x R B K ( t )
 (2.31) 
Trong đó: 
nx
K ( t ) , 1nK ( t ) là nghiệm của hệ phương trình: 
1
n n n n n n
T T
x x n n x x n n x x fK (t ) K ( t )B R B K ( t ) K ( t )A A K ( t ) Q, K ( t ) 
  (2.32)
1
1 1 1 0n n n n n
T T
x n n n x n n fK ( t ) K ( t )B R B A K ( t ) K ( t )C , K ( t )

(2.33) 
Bằng các phép biến đổi toán học ta có 1nK ( t ) : 
1
n
n n
( t T )
( t )
x n
t
K ( t ) e K C ( )d
    
 (2.46) 
Việc giải phương trình (2.32) để xác định 
nx
K ( t ) được thực hiện theo 
phương pháp của Devinxon-Maki: 
21
1
22 11 12( ) [ . ][ . ]nxK t      
 (2.47) 
Xét dạng phổ biến của hàm chỉ tiêu chất lượng (2.23) với: 
0 0 0 0
1 0 0
0 0
R ; Q , q ; , 
q
 

 ta có 
11 12
21 22
n n
n
n n
x x
x n x x
k k
K ( t ) N
k k
 (2.61) 
Trong đó: 
2 2 2 2 2 2 2 3
1
1 1
1 ( ) ( ) ( )( )
2 6
nN
a b a b q a b q a b    
 11 0
nxk , 12 0
nxk , 21 0
nxk 
2 2 2 2 2 3
22
1 1
2 6
nxk ( q a ) ( a qb ) ( a b q )( q a )      
2 tVa
d
 ; 
1
b ;
d
1
c
d
Thay (2.60) vào (2.45) ta có: 
9 
11
1
22 2221
0 
 n n
n t T
n nxnn
t
k ( t )
 K ( t ) N c ( )d
kk ( t )
  

 (2.64) 
Trong đó: 
22 2 2 2 3 2 2 2 3 2 3
1 0
1 1 1 1
1
2 6 2 6
n
a ( a qb ) a ( a qb ) ( a qab )

     
Thay (2.61) và (2.64) vào (2.31) ta có gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh 
ngang như sau: 
22 22
n
t T
x n
tn n n mn xn
t
W = N bk c W ( ) W ( ) d    
  
  (2.66) 
2.4. Thuật toán xác định gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh đứng 
Tương tự các phép biến đổi toán học như kênh ngang ta có gia tốc 
pháp tuyến tối ưu kênh đứng như sau: 
22 22
d
t T
x d
td d d md xd
t
W = N bk c W ( ) W ( ) g d    
   
  (2.68) 
Từ biểu thức (2.66), (2.68) và các biến đổi toán học ở trên chứng tỏ: 
gia tốc pháp tuyến tối ưu của TBB trong giai đoạn tự dẫn ngoài sự phụ 
thuộc vào trạng thái tốc độ quay đường ngắm TBB-MT, còn phụ thuộc vào 
gia tốc MT, gia tốc trọng trường và gia tốc dọc trục TBB trong khoảng thời 
gian tương lai gần nhất định. 
Tổng gia tốc pháp tuyến kênh ngang và kênh đứng chính là gia tốc 
pháp tuyến TBB cần phải tạo ra nhằm làm tốc độ đường ng ... ện trên 
các hình 4.1, 4.2 và 4.3. 
16 
Hình 4.1. Sơ đồ Simulink động hình học tự dẫn TBB 
Hình 4.2. Sơ đồ Simulink tổng hợp luật dẫn tối ưu 
Hình 4.3. Sơ đồ Simulink vòng điều khiển tự dẫn TBB 
4.1.2. Kết quả mô phỏng vòng tự dẫn kênh ngang TBB giả định 
Mô phỏng, khảo sát vòng điều khiển tự dẫn kênh ngang của một lớp 
TBB giả định tiến công MT trên biển theo luật dẫn TCTL và luật dẫn tối ưu
X2_dotX1_dot
4
b
3
a
2
x_2
1
x_1
1
s
1
s
-1
-1
-1
-1
2
1
5
z
4
Sigma_0
3
d_dot
2
u
1
d
1
U
x
K_x
Kx_X
TINH Kx_X
a_b
Nb
K_x
Nb^2
TINH K_x
K_x
Nb^2
A_B
B_K1
TINH K_1
3
A_B
2
X
1
Z
X
A
B
Z
Tau
u
LUAT DAN
Tham so
 MO HINH MUC TIEU
W_Pyc W_P
 MO HINH THIET BI BAY
Tham so
u
X
A
B
Z
Tau
 DONG HINH HOC TU DAN
17 
Hình 4.4. Quỹ đạo TBB và MT khi tốc độ 
không đổi 
 Hình 4.5. Quỹ đạo và độ trượt tức thời khi 
tốc độ TBB thay đổi với gia tốc 1m/s2 
Hình 4.7. Quỹ đạo và độ trượt tức thời khi tốc 
độ TBB thay đổi với gia tốc 3m/s2 và tốc độ 
MT thay đổi với gia tốc 0.2m/s2 
 Hình 4.8. Quỹ đạo và độ trượt tức thời khi 
tốc độ TBB thay đổi với gia tốc 3m/s2 và tốc 
độ MT thay đổi với gia tốc 0.5m/s2 
4.1.3. Kết quả mô phỏng vòng tự dẫn kênh đứng TBB giả định 
Hình 4.9. Quỹ đạo TBB đối không và mục tiêu 
khi tốc độ không đổi 
 Hình 4.10. Quỹ đạo, độ trượt tức thời khi tốc 
độ TBB thay đổi với gia tốc -2g và tốc độ 
MT thay đổi với gia tốc 1g 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 10
4
0
200
400
600
800
C
u
 l
y
 n
g
a
n
g
 -
 Z
,(
m
)
cu ly doc - X,(m)
Quy dao TBB va MT trong mat phang ngang
QD MT
Luat dan TCTL
Luat dan toi uu
0
0.5
1
1.5
2x 10
4
0
500
1000
1500
2000
0
5
10
Z,(m)
Quy dao TBB va MT trong khong gian
X,(m)
H
,(
m
)
0
1
2
x 10
4
0
500
1000
1500
0
5
10
Z,(m)
Quy dao TBB va MT trong khong gian
X,(m)
H
,(
m
)
Luat dan TCTL
Luat dan toi uu
QD muc tieu
0 10 20 30 40 50 60 70
0
50
100
150
Thoi gian(s)
(m
)
Do truot tuc thoi
Luat dan TCTL
Luat dan toi uu
0
0.5
1
1.5
2
x 10
4
0
500
1000
1500
0
5
10
Z,(m)
Quy dao TBB va MT trong khong gian
X,(m)
H
,(
m
) Luat dan TCTL
Luat dan toi uu
QD muc tieu
0 10 20 30 40 50 60
0
100
200
300
Thoi gian(s)
(m
)
Do truot tuc thoi
Luat dan TCTL
Luat dan toi uu
0
0.5
1
1.5
2
x 10
4
0
500
1000
1500
0
5
10
Z,(m)
Quy dao TBB va MT trong khong gian
X,(m)
H
,(
m
)
Luat dan TCTL
Luat dan toi uu
QD muc tieu
0 10 20 30 40 50 60
0
100
200
300
Thoi gian(s)
(m
)
Do truot tuc thoi
Luat dan TCTL
Luat dan toi uu
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 10
4
8800
9000
9200
9400
9600
9800
10000
10200
Cu ly ngang - X,(m)
C
u
 l
y
 d
u
n
g
 -
 Y
,(
m
)
Quy dao TBB va MT trong mat phang dung
QDMT
TBB LDTU
TBB LDTCTL
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 10
4
9000
9500
10000
Cu ly ngang - X,(m)
C
u
 l
y
 d
u
n
g
 -
 Y
,(
m
)
Quy dao TBB va MT trong mat phang dung
QDMT
TBB LDTU
TBB LDTCTL
0 2 4 6 8 10 12
-100
0
100
200
300
Thoi gian,(s)
D
o
 t
ru
o
t,
(m
)
Do truot tuc thoi
LD toi uu
LD TCTL
18 
Hình 4.14. Quỹ đạo, độ trượt tức thời khi tốc 
độ TBB thay đổi với gia tốc 6g và MT cơ động 
xuống thấp với gia tốc 4g 
 Hình 4.15. Quỹ đạo, độ trượt tức thời khi tốc 
độ TBB thay đổi với gia tốc 6g và MT cơ 
động lên cao với gia tốc 4g 
Nhận xét: 
- Khi tốc độ của TBB và MT không đổi (hình 4.4, 4.9) thì quỹ đạo 
chuyển động của TBB khi dẫn bằng luật dẫn TCTL và luật dẫn tối ưu trùng 
nhau và trúng điểm gặp. 
- Khi cả tốc độ TBB và MT thay đổi (hình 4.5, 4.7, 4.8, 4.10) thì luật 
dẫn TCTL không thể dẫn TBB đến điểm gặp MT. Trong khi đó luật dẫn tối 
ưu vẫn đảm bảo dẫn TBB trúng MT tại điểm gặp. 
- Khi tốc độ TBB thay đổi và mục tiêu cơ động xuống thấp hoặc lên 
cao (hình 4.14, 4.15) thì luật dẫn tối ưu vẫn đảm bảo dẫn TBB trúng MT tại 
điểm gặp, còn luật dẫn TCTL không dẫn TBB đến điểm gặp MT. 
- Trong các trường hợp khảo sát cho thấy độ trượt lớn nhất và tốc độ 
thay đổi độ trượt tức thời khi sử dụng luật dẫn tối ưu đều nhỏ hơn so với 
khi sử dụng luật dẫn TCTL truyền thống. 
4.2. Mô phỏng khảo sát hệ thống điều khiển ổn định góc tấn thiết bị 
bay có tốc độ thay đổi 
4.2.1. Mô hình chuyển động quay của TBB giả định trong mặt phẳng đứng 
Sơ đồ Simulink mô hình chuyển động quay của TBB có tốc độ thay 
đổi theo trục OZb của HTĐ liên kết được thể hiện trên hình 4.1. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 10
4
9000
9500
10000
Cu ly ngang - X,(m)
C
u
 l
y
 d
u
n
g
 -
 Y
,(
m
)
Quy dao TBB va MT trong mat phang dung
QDMT
TBB LDTU
TBB LDTCTL
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-100
0
100
200
300
Thoi gian,(s)
D
o
 t
ru
o
t,
(m
)
Do truot tuc thoi
LD toi uu
LD TCTL
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 10
4
9000
9500
10000
10500
11000
Cu ly ngang - X,(m)
C
u
 l
y
 d
u
n
g
 -
 Y
,(
m
)
Quy dao TBB va MT trong mat phang dung
QDMT
TBB LDTU
TBB LDTCTL
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-100
0
100
200
300
Thoi gian,(s)
D
o
 t
ru
o
t,
(m
)
Do truot tuc thoi
LD toi uu
LD TCTL
19 
Hình 4.16. Sơ đồ Simulink mô hình động học thiết bị bay giả định 
Quy luật thay đổi tốc độ bay được xây dựng theo biểu thức: 
0
0
0 2 1
V 
V V Wt 
V a( t - t )
1
1 2
2
Khi t t 
Khi t t t
Khi t t 
 (4.1) 
4.2.2. Mô phỏng HTĐK ổn định góc tấn TBB với bộ điều khiển PID 
Với bộ tham số TBB giả định, sử dụng công cụ tối ưu hóa thông số bộ 
điều khiển PID trong Simulink ta nhận được: 
 34.5; 27.5; 13.3P I DK K K . 
4.2.3. Mô phỏng HTĐK ổn định góc tấn TBB với bộ điều khiển MRA 
Sơ đồ Simulink luật thích nghi cho đối tượng bay (3.55) thể hiện trên 
hình 4.22. 
Hình 4.22. Sơ đồ Simulink tổng hợp luật thích nghi của bộ điều khiển MRA 
3
X
2
B
1
y
V
Alpha
M_alpha
M_Delta
M_omega
Tinh he so momen
Alpha
V
C_alpha
C_Delta
Tinh he so luc
Mde_u
Mal_x1
M0_x2
1
s
1
s
Integrator
V
Dieu khien toc do bay
Cdel_delta
Cal_alpha
1
Delta_c
Phi_r
Phi_x
Phi_x
Phi_e
1
Phi
1/s
1/s
1/s
1/s
In Out
Ham tinh e_P_B
-0.2
-1
-30
-2
5
Yc
4
Xr
3
e
2
X
1
B
20 
Trong đó các ma trận của mô hình tham chiếu được chọn như sau: 
0 1 0
8 3 8
cr cr crA ; B ; D [1 0];
Với 
2 0
0 2
Q
 ta tìm được
0 8 1 3
1 3 2 7
r
. .
P
. .
Các giá trị e , x , r được chọn thỏa mãn tốc độ hội tụ của sai số e. 
4.2.4. Mô phỏng HTĐK ổn định góc tấn TBB với bộ điều khiển LQ 
Với các tham số TBB giả định ứng dụng hàm lqr(A,B,Q,R) trong 
Matlab và chọn Q diag( I ) , R=1 nhận được thông số bộ điều khiển tối 
ưu LQ kênh đứng:  18 34 4 31 24 49 TclqK . . . . 
4.2.5. Mô phỏng hệ thống điều khiển ổn định góc tấn TBB với bộ điều 
khiển tích hợp giữa tối ưu LQ và MRA 
Sơ đồ Simulink tổng hợp luật thích nghi của bộ điều khiển LQ-MRA 
cho đối tượng (3.55) thể hiện trên hình 4.25. 
Hình 4.25. Sơ đồ Simulink tổng hợp luật thích nghi 
của bộ điều khiển LQ - MRA 
Với tham số TBB giả định và Q diag( I ) xác định được: 
r
0.274 -0.408 -0.5
P -0.408 0.859 -0.318
-0.5 -0.318 0.147
Giá trị x được chọn thỏa mãn tốc độ hội tụ của ex:  204 140 2x 
1
K_ad
Interpreted
MATLAB Fcn
Tinh_ePB
B a
Tinh_PB 
1
s
1
s
1
s
-2
G3
-140
G2
-204
G1
3
e_x
2
X
1
B
21 
4.2.6. Kết quả mô phỏng và nhận xét 
Hình 4.26. Đáp ứng điều khiển khi tốc độ bay không đổi 
Hình 4.27. Đáp ứng điều khiển khi tốc độ bay 
tăng 50% 
 Hình 4.28. Đáp ứng điều khiển khi tốc độ bay 
giảm 30% 
Hình 4.29. Tín hiệu điều khiển cánh lái kênh 
cao khi tốc độ bay tăng 50% 
 Hình 4.30. Tín hiệu điều khiển cánh lái kênh 
cao khi tốc độ bay giảm 30% 
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
1
2
3
4
5
6
Thoi gian, s
A
p
h
a
,(
D
o
)
Goc tan
PID
MRA
LQ
LQ-MRA
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
2
4
6
A
p
h
a
,(
D
o
)
Goc tan
PID
MRA
LQ
LQ-MRA
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
250
300
350
400
450
Thoi gian, s
V
,(
m
/s
)
Toc do bay
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
2
4
6
A
p
h
a
,(
D
o
)
Goc tan
PID
MRA
LQ
LQ-MRA
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
200
250
300
Thoi gian, s
V
,(
m
/s
)
Toc do bay
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
3
4
5
6
7
D
e
lt
a
,(
D
o
)
Goc canh lai
U MRA
U LQ-MRA
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
250
300
350
400
450
Thoi gian, s
V
,(
m
/s
)
Toc do bay
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
3
4
5
6
7
D
e
lt
a
,(
D
o
)
Goc canh lai
U MRA
U LQ-MRA
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
200
250
300
Thoi gian, s
V
,(
m
/s
)
Toc do bay
22 
- Trường hợp tốc độ bay không đổi (hình 4.26) các bộ điều khiển đã 
tổng hợp đều cho đáp ứng đầu ra của hệ thống bám chính xác với đầu vào 
mong muốn (góc tấn theo yêu cầu). 
- Trường hợp tốc độ bay thay đổi trong khoảng thời gian 5s (hình 4.27 
và 4.28), thì đáp ứng đầu ra của hệ thống với bộ điều khiển PID và LQ 
không bám được đầu vào mong muốn, sai số là 10% khi tốc độ bay tăng 
50%, sai số là 15% khi tốc độ bay giảm 30% . Trong khi đó đáp ứng của hệ 
thống với bộ điều khiển MRA và LQ-MRA vẫn bám chính xác đầu vào 
mong muốn. 
- Hình 4.29 và 4.30 cho thấy chất lượng tín hiệu điều khiển cánh lái từ 
đầu ra bộ điều khiển kết hợp LQ-MRA tốt hơn so với bộ điều khiển MRA. 
Như vậy, trong tất cả các trường hợp đã xét: khi tốc độ bay thay đổi 
(tăng, giảm), thì bộ điều khiển MRA và LQ-MRA đã đề xuất đều đảm bảo 
đáp ứng đầu ra của hệ thống bám theo đầu vào mong muốn (thích nghi với 
sự thay đổi tốc độ bay), trong đó bộ điều khiển LQ-MRA có chất lượng 
điều khiển tốt hơn, đồng thời đáp ứng yêu cầu thích nghi góc tấn TBB bám 
theo gia tốc pháp tuyến tối ưu kênh đứng. 
4.3. Kết luận chương 4 
1. Trong mọi trường hợp khi tốc độ bay thay đổi và mục tiêu cơ động 
thì luật dẫn tối ưu đã đề xuất vẫn đảm bảo dẫn TBB đến điểm gặp MT, 
trong khi đó luật dẫn TCTL không thể dẫn TBB trúng MT. Độ trượt lớn 
nhất và tốc độ thay đổi độ trượt khi sử dụng luật dẫn tối ưu nhỏ hơn so với 
trường hợp sử dụng luật dẫn TCTL, điều này dẫn đến quỹ đạo khi sử dụng 
luật dẫn tối ưu sẽ thẳng hơn. 
2. Trong các trường hợp khi thay đổi tốc độ bay, thì bộ điều khiển 
MRA và bộ điều khiển LQ-MRA cho chất lượng điều khiển tốt hơn so với 
bộ điều khiển PID và LQ. Trong đó bộ điều khiển LQ-MRA cho chất lượng 
điều khiển tốt nhất. Như vậy, luật điều khiển mà luận án đề xuất đảm bảo 
23 
tiêu chí duy trì ổn định trạng thái góc của TBB theo trạng thái góc yêu cầu 
khi tốc độ bay thay đổi. 
3. Các kết quả mô phỏng đã chứng minh hiệu quả của luật dẫn tối ưu 
và các bộ điều khiển thích nghi cho TBB có tốc độ thay đổi so với luật dẫn 
TCTL truyền thống và bộ điều khiển kinh điển PID. 
KẾT LUẬN 
1. Các kết quả nghiên cứu 
- Xây dựng mô hình toán học dưới dạng mô hình không gian dạng thái 
mô tả động hình học tự dẫn một lớp TBB có tốc độ thay đổi đến điểm gặp 
MT di động có tính đến các yêu tố gây sai số động. 
- Xây dựng thuật toán xác định gia tốc pháp tuyến tối ưu cho một lớp 
TBB có tốc độ thay đổi trong giai đoạn tự dẫn đến điểm gặp MT di động và 
có tính đến các yếu tố gây sai số động như: tác động của gia tốc trọng 
trường, gia tốc dọc trục TBB, gia tốc MT trên cơ sở áp dụng bài toán điều 
khiển tối ưu trong điều kiện có tác động nhiễu. 
- Chứng minh tính chất "Luật dẫn tối ưu ngoài sự phụ thuộc vào trạng 
thái tốc độ quay đường ngắm TBB - MT, còn phụ thuộc vào gia tốc MT, 
gia tốc trọng trường và gia tốc dọc trục TBB trong khoảng thời gian tương 
lai gần xác định" trên cơ sở các biến đổi toán học. 
- Phân tích, xây dựng biểu thức toán học mô tả mối liên hệ giữa lực 
đẩy và tốc độ bay. 
- Xây dựng mô hình toán học dưới dạng mô hình không gian dạng thái 
mô tả động học của một lớp TBB ba kênh có tốc độ thay đổi. 
- Xây dựng thuật toán điều khiển cho một lớp TBB ba kênh có tốc độ 
thay đổi trên cơ sở ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi và điều khiển 
tối ưu, gồm: điều khiển MRA ổn định góc Cren, điều khiển LQ và điều 
khiển tích hợp LQ-MRA để điều khiển ổn định góc trượt cạnh và góc tấn 
TBB bám theo gia tốc pháp tuyến tối ưu. 
- Thực nghiệm bằng phương pháp mô phỏng trên máy tính trong môi 
24 
trường Matlab/Siumulik để khảo sát, đánh giá chất lượng của vòng điều 
khiển tự dẫn kênh ngang của một lớp TBB giả định tiến công MT trên biển 
và kênh đứng của một lớp TBB giả định tiến công MT trên không với luật 
dẫn tối ưu đã đề xuất so với luật dẫn TCTL. 
- Thực nghiệm bằng phương pháp mô phỏng trên máy tính trong môi 
trường Matlab/Siumulik để khảo sát, đánh giá chất lượng của HTĐK ổn 
định góc tấn của một lớp TBB có tốc độ thay đổi với các thuật toán điều 
khiển MRA, LQ, LQ-MRA đã đề xuất. 
2. Những đóng góp mới 
- Xây dựng thuật toán xác định gia tốc pháp tuyến tối ưu cho một lớp 
TBB ở giai đoạn tự dẫn trên cơ sở bài toán điều khiển tối ưu trong điều 
kiện có tác động của nhiễu 
- Xây dựng thuật toán điều khiển thích nghi cho một lớp TBB ba kênh 
có tốc độ thay đổi trên cơ sở bài toán thích nghi tham chiếu mô hình và 
điều khiển tích hợp LQ-MRA. 
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo 
- Nghiên cứu ứng dụng các thuật toán điều khiển hiện đại khác như 
(điều khiển bền vững, điều khiển thông minh...) để nâng cao chất lượng 
điều khiển TBB có tốc độ thay đổi. 
- Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm xác định chính xác các 
thông số MT, đặc biệt là xác định quy luật thay đổi gia tốc MT để phục vụ 
bài toán tổng hợp luật tự dẫn. 
- Sử dụng kết quả lý thuyết nhận được từ luận án để nghiên cứu thực tế 
hóa cho đối tượng bay cụ thể trang bị trong Quân chủng PK-KQ và Quân 
chủng Hải quân dưới dạng các đề tài nghiên cứu khoa học. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
PHỤ LỤC 
25 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 
1. Trần Đức Thuận, Phạm Quang Hiếu, Nguyễn Văn Lâm, (2015), 
"Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi tham chiếu mô hình cho thiết bị 
bay có tốc độ thay đổi", Tuyển tập Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về 
Điều khiển và Tự động hóa, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 
Hà Nội, tr.238-243. 
2. Trần Đức Thuận, Phạm Quang Hiếu, Nguyễn Văn Lâm, Nguyễn 
Thượng San (2016), "Tổng hợp luật tự dẫn cho thiết bị bay có tốc độ 
thay đổi", Tạp chí Nghiên cứu KH&CN Quân sự, Viện KH&CN Quân 
sự, (43), tr.11-18. 
3. Trần Đức Thuận, Phạm Quang Hiếu, Nguyễn Văn Lâm, Nguyễn Văn 
Chung (2016), "Tổng hợp bộ điều khiển Tối ưu - Thích nghi cho 
Thiết bị bay có tốc độ thay đổi", Tuyển tập Công trình khoa học Hội 
nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 8, NXB Khoa học Tự nhiên và 
Công Nghệ, Hà Nội, tr.135-139. 
4. Nguyễn Văn Chung, Đỗ Như Ý, Phạm Quang Hiếu (2016), "Khảo sát 
nguyên lý điều khiển kết hợp của tên lửa không đối không", Tuyển 
tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 8, 
NXB Khoa học Tự nhiên và Công Nghệ, Hà Nội, tr.131-134. 
5. Phạm Quang Hiếu, Nguyễn Thị Lê Na, Trần Đức Thuận (2017), 
"Xây dựng thuật toán xác định gia tốc pháp tuyến tối ưu cho một lớp 
thiết bị bay tự dẫn trong kênh độ cao", Tạp chí Nghiên cứu KH&CN 
Quân sự, Viện KH&CN Quân sự, (47), tr.3-9.