DỰ ÁN CUỐI CÙNG CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỆ THỐNG CHÍNH THỨC TỰ ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP. Nội dung và yêu cầu cần giải quyết trong đồ án tốt nghiệp (lý thuyết, thực hành, số liệu tính toán, hình vẽ).
MỞ ĐẦU
- Lý do chọn đề tài
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án
- Phương pháp nghiên cứu
- Mục tiêu
Nghiên cứu, tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định các thông số chuyển động thẳng đứng khi có nhiễu loạn gió thẳng đứng. Tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định các thông số chuyển động thẳng đứng - Ổn định góc nghiêng.
TỔNG QUAN VỀ UAV
Khái quát lịch sử phát triển và ứng dụng của UAV
- Lịch sử phát triển của UAV
- Vai trò và khả năng ứng dụng của UAV
Hiện nay, vai trò quan trọng nhất của UAV là trinh sát, giám sát chiến trường, truyền tải thông tin, tác chiến điện tử và nhận dạng mục tiêu. Ngoài ra, UAV hiện nay còn được sử dụng làm phương tiện tấn công và có thể thực hiện các nhiệm vụ tương đương với máy bay có người lái.
Tình hình nghiên cứu phát triển UAV trên thế giới
- Phát triển UAV của một số nước trên thế giới
- Phân loại UAV
Chương trình phát triển UAV loại này được IDF khởi xướng vào cuối năm 2006. Dự án phát triển UAV Watchkeeper của Bộ Quốc phòng Anh là một ví dụ.
Tình hình nghiên cứu và phát triển UAV ở nước ta
- Phát triển máy bay mô hình ở Việt Nam
- Nghiên cứu và phát triển UAV
UAV có nhiệm vụ trinh sát, chỉ định mục tiêu: trong xu thế tác chiến từ xa, không tiếp xúc trực tiếp, UAV sẽ là một trong những phương tiện quan trọng nhất để phát hiện và xác định chính xác tính chất mục tiêu của địch mà không cần sử dụng trực tiếp con người. Đây là mục tiêu nhỏ dựa trên mô hình máy bay thể thao, khung được làm bằng gỗ nhẹ, bên ngoài phủ giấy nylon để tạo độ phẳng khí động học. Trước yêu cầu nâng cao chất lượng huấn luyện cho bộ đội, từ năm 1994, Bộ Tư lệnh Quân sự Không quân đã đặt ra yêu cầu tạo ra các mục tiêu có kích thước lớn hơn, tốc độ nhanh hơn, phù hợp với đặc điểm của bộ đội. pháo phòng không, tên lửa vác vai và tầm trung.
Nhóm nghiên cứu thuộc Cục Nghiên cứu Mục tiêu Quân đội đã phối hợp với Trung tâm Polymer Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tập trung nghiên cứu, ứng dụng công nghệ vật liệu composite vào chế tạo thân xe. Năm 2001, dự án “Thiết kế, chế tạo mục tiêu bay không người lái phục vụ huấn luyện máy bay và tên lửa” bắt đầu được triển khai. Sau đó, do nhu cầu huấn luyện của lực lượng không quân, một loại mục tiêu không người lái đã ra đời với trần bay cao hơn, tốc độ nhanh hơn và thời gian bay dài hơn.
Hiện nay yêu cầu đang được áp đặt đối với các loại mục tiêu bay phục vụ huấn luyện, kết quả đạt được trên đây là tín hiệu đáng khích lệ. Tuy nhiên, tiêu chí cho các loại mục tiêu bay không người lái này là chúng chỉ cần được chế tạo ở mức độ đơn giản nhất, gọn nhẹ nhất và giá thành thấp nhất.
CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC BAY CỦA UAV
- Các hệ tọa độ thường dùng
- Hệ toạ độ mặt đất O 0 x 0 y 0 z 0
- Hệ trục toạ độ tốc độ Ox c y c z c
- Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz
- Hệ trục toạ độ liên kết Ox 1 y 1 z 1
- Các góc xác định trạng thái và quỹ đạo bay
- Góc tấn α
- Góc trượt cạnh β
- Góc nghiêng quỹ đạo θ
- Góc xoay quỹ đạo φ
- Góc chúc ngóc 𝝑
- Góc đổi hướng bay ψ
- Góc nghiêng UAV γ
- Các dạng chuyển động chính của UAV
- Các lực và mômen khí động học
- Các lực tác dụng lên UAV
- Các mômen tác dụng lên UAV
- Khí quyển và nhiễu động của khí quyển
Ý nghĩa: Hệ tọa độ ghép cũng là hệ tọa độ di động kết nối với UAV, được sử dụng khi nghiên cứu chuyển động quay của UAV và xác định mô men khí động học của UAV. Chuyển động của mặt đất (còn gọi là chuyển động xác định trước) là chuyển động đi theo một quỹ đạo xác định trước với các thông số chuyển động cho trước. Chuyển động gần như ổn định là chuyển động có thể coi là ổn định với một sai số nhất định.
Chuyển động không ổn định là chuyển động trong đó các thông số động học hình học thay đổi tương đối nhanh, đặc biệt là tốc độ bay và độ cao bay. Điều kiện duy trì chuyển động thẳng của vật cố định là tổng các vectơ hình chiếu của tất cả các ngoại lực xuống mặt phẳng vuông góc với quỹ đạo bằng 0. Hướng trùng với trục dọc của UAV, hướng là phương về chuyển động của UAV.
Vì vậy, khi xem xét chuyển động của UAV trong khí quyển, cần phải tính đến sự nhiễu loạn này. Sự nhiễu loạn khí quyển về cơ bản là sự chuyển động của các khối không khí, tức là gió.
HỆ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA UAV
Bài toán chuyển động của UAV
- Các giả thiết cơ bản
- Bài toán chuyển động của UAV như một đối tượng điều khiển
Khoảnh khắc Coriolis được tạo ra bởi máy bay phản lực khi UAV quay quanh một trục khác với trục dọc. Trong phạm vi của dự án này, ảnh hưởng của những khoảnh khắc trên đến chuyển động của UAV không được tính đến. Giả định này có thể chấp nhận được vì các UAV thông thường có vận tốc góc tương đối nhỏ wy và wz (không quá vài chục độ/s).
Sự phân bố khối lượng của UAV nhìn chung là đối xứng, các mômen quán tính Jx, Jy, Jz đối với các trục của hệ tọa độ liên kết có thể coi là mô men đối với các trục quán tính chính của UAV, bỏ qua các mô men quán tính Jxy, Jxz, Jyz. . Sự nhiễu loạn khí quyển dưới dạng các thông số trường gió thay đổi theo thời gian và không gian. Có một sự phân bố khối lượng nhất định và sự phân bố này có thể thay đổi theo lượng nhiên liệu còn lại trên UAV, từ đó bất cứ lúc nào cũng có thể tính được khối lượng m, vị trí khối tâm xt, mô men quán tính Jx , JyJz.
Các thang máy δc, bánh lái δh và các cánh hoa thị δl được di chuyển theo các chức năng đã cho. Xác định chuyển động của UAV quanh khối tâm: vận tốc góc ωx, ωy, ωz, góc tấn α, góc trượt β, góc nghiêng γ, γa, góc nghiêng, góc nghiêng ψ.
Hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV
- Các phương trình động lực học
- Các phương trình động hình học
- Hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV trong không gian
Trong quá trình UAV chuyển động, vận tốc góc được xác định bằng đạo hàm của góc quay quỹ đạo φ và góc nghiêng quỹ đạo θ. Vì mp (O0xt) và mp(Oxy) đều chứa Ox và là mặt phẳng thẳng đứng nên chúng chồng lên nhau sao cho góc θ nằm trong mặt phẳng Oxy. 3 Chiếu lực đẩy P và tổng lực khí động học R lên hệ tọa độ vận tốc Oxcyczc.
Các phương trình (a), (b), (c) cho phép xác định tính chất của chuyển động V(t), θ(t), φ(t) và cũng xác định được vị trí trọng tâm của UAV trong không gian, chúng ta cần sử dụng các phương trình động học hình học. Thông thường, người ta xác định vị trí trọng tâm của UAV trong không gian thông qua độ cao bay H, cự ly bay L hoặc thông qua tọa độ của UAV trong hệ tọa độ mặt đất. Trong một số trường hợp, người ta sử dụng ba phương trình đầu tiên ở dạng quá tải.
Hệ thống hoàn chỉnh các phương trình chuyển động của UAV Chúng ta có một hệ phương trình chuyển động của UAV như sau:.
Hoàn chỉnh hệ phương trình chuyển động của UAV
Hệ phương trình bao gồm 13 phương trình vi phân và 3 phương trình đại số siêu việt. 13 phương trình vi phân có thể dễ dàng chuyển đổi sang dạng Cosy và giải bằng các phương pháp số, ví dụ như phương pháp Runge-Kutte. Ba phương trình đại số siêu việt nêu trên cũng có thể được giải bằng các phương pháp đại số, chẳng hạn bằng phương pháp lặp.
TỔNG HỢP, TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH GÓC CHÚC
- Đặt vấn đề
- Khí quyển và nhiễu động khí quyển
- Bộ tự động điều chỉnh điều khiển – cơ cấu trợ dẫn
- Bộ tự động điều chỉnh điều khiển
- Cơ cấu trợ dẫn
- Mạch vòng ổn định góc chúc ngóc
- Xây dựng mạch vòng điều khiển ổn định góc chúc ngóc
- Lựa chọn, tính toán các thông số của hàm truyền và bộ điều khiển
Đặc tính ổn định và điều khiển chuyển động của UAV luôn thay đổi theo độ cao và tốc độ bay. Qua thiết kế và thử nghiệm đã chứng minh rằng nếu chỉ thay đổi cấu trúc khí động học của UAV thì không thể tạo ra một UAV siêu thanh có đặc tính ổn định và khả năng kiểm soát tốt với các chế độ bay khác nhau. Thông thường, mọi người sử dụng bộ điều khiển tự động điều chỉnh và bộ ổn định tự động để đạt được điều này.
Chức năng của bộ điều chỉnh điều khiển tự động là giữ cho tỷ số giữa mức tăng quá tải theo phương thẳng đứng và mức tăng lực tác dụng lên cột lái không đổi ở mọi độ cao và tốc độ. Để điều khiển UAV, người ta sử dụng phương pháp truyền tác dụng điều khiển từ trụ lái đến bánh lái, có thể điều khiển trực tiếp không cần cơ cấu dẫn hướng hoặc gián tiếp thông qua cơ cấu dẫn hướng. Để giữ cho hệ số truyền không đổi, người ta sử dụng cơ cấu điều chỉnh điều khiển được lắp từ cột lái đến xi lanh.
Cơ cấu truyền động là bộ điều khiển của hệ thống điều khiển tự động với các chức năng: bổ sung các tín hiệu điều khiển (tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi) và khuếch đại tín hiệu để có đủ công suất điều khiển bánh lái. Mạch dùng để ổn định vị trí và điều chỉnh góc của UAV gọi là mạch ổn định góc, nhiệm vụ của mạch ổn định góc là đảm bảo chất lượng động học của quá trình điều khiển đường bay (quy trình, số lần dao động, sai số tĩnh, lỗi động). Ổn định và kiểm soát vị trí góc có thể là góc nghiêng, góc lệch, góc lệch. Thông thường, kênh lái chỉ dùng để giảm góc trượt bên β về giá trị 0, vòng tương ứng được gọi là vòng ổn định. Xác định góc trượt β.
Bộ điều khiển cũng như các thuật toán điều khiển chỉ có thể được tổng hợp bằng cách tuyến tính hóa các phương trình chuyển động.
