Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN MINH HỒNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG QUÁ TRÌNH TỰ DẪN TÊN LỬA TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG KẾT HỢP LOGIC MỜ VÀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN MINH HỒNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG QUÁ TRÌNH TỰ DẪN TÊN LỬA TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG KẾT HỢP LOGIC MỜ VÀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Mã số: 62 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS PHẠM TRUNG DŨNG 2. TS ĐOÀN THẾ TUẤN HÀ NỘI – NĂM 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Minh Hồng Nguyễn Minh Hồng ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn khoa học, PGS.TS Phạm Trung Dũng và TS Đoàn Thế Tuấn, đã định hướng, kiểm tra kết quả nghiên cứu, giúp đỡ và khuyến khích tôi hoàn thành luận án. Tôi cũng xin cảm ơn các nhà khoa học và tập thể cán bộ giáo viên Bộ môn Tên lửa / Khoa Kỹ thuật điều khiển đã quan tâm đóng góp ý kiến giúp đỡ tôi hoàn thiện nội dung nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Kỹ thuật điều khiển / Học viện Kỹ thuật quân sự đã chia sẻ công việc giúp tôi có thời gian tập trung thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã luôn động viên khuyến khích giúp tôi có thêm nghị lực để hoàn thành nội dung luận án. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .................................. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................. ix DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................. xiii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LUẬT DẪN TÊN LỬA TỰ DẪN ............. 7 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu của nước ngoài ...................................... 7 1.1.1. Các luật dẫn kinh điển .......................................................................... 9 1.1.1.1. Dẫn ba điểm .................................................................................... 9 1.1.1.2. Dẫn đuổi........................................................................................ 10 1.1.1.3. Dẫn tiếp cận tỉ lệ ........................................................................... 12 1.1.1.4. Một số hạn chế của luật dẫn kinh điển ......................................... 13 1.1.2. Các luật dẫn sử dụng lý thuyết điều khiển hiện đại ............................ 13 1.1.2.1. Dẫn tối ưu ..................................................................................... 14 1.1.2.2. Dẫn dự báo .................................................................................... 15 1.1.2.3. Dẫn trò chơi vi phân ..................................................................... 15 1.1.2.4. Một số hạn chế của các luật dẫn đã được phát triển trên cơ sở lý thuyết điều khiển hiện đại .......................................................................... 16 1.1.3. Các luật dẫn sử dụng các công cụ của điều khiển thông minh ........... 17 1.1.3.1. Các luật dẫn sử dụng mạng neural................................................ 19 1.1.3.2. Các luật dẫn sử dụng logic mờ ..................................................... 20 1.1.3.3. Một số hạn chế của các luật dẫn đã được phát triển trên cơ sở sử dụng các công cụ của điều khiển thông minh............................................ 21 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ............................................ 22 1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu .............................................................................. 23 1.4. Kết luận chương ........................................................................................ 24 iv Chương 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ VÀ LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ MỜ............................................................. 26 2.1. Quan hệ động hình học tên lửa – mục tiêu trong mặt phẳng đứng ........... 27 2.2. Đánh giá chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ khi mục tiêu cơ động ........................................................................................ 33 2.2.1. Đánh giá tác động sự cơ động của mục tiêu lên luật dẫn tiếp cận tỉ lệ dựa vào biểu thức giải tích ............................................................................ 33 2.2.2. Xây dựng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ .................................................... 37 2.2.3. Kết quả khảo sát đánh giá tác động của mục tiêu cơ động lên luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bằng phương pháp số.................. 42 2.3. Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ ............................................................................. 47 2.3.1. Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ bằng phương pháp giải tích ....................................................................... 48 2.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng của hệ thống dẫn sử dụng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ và luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bằng phương pháp số ........ 58 2.3.2.1. Mô hình nhiễu tản mát tâm phản xạ ............................................. 58 2.3.2.2. Mô hình nhiễu pha-đinh ............................................................... 60 2.3.2.3. Kết quả khảo sát............................................................................ 60 2.4. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 64 Chương 3: TỐI ƯU HOÁ LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ MỜ DỰA TRÊN GIẢI THUẬT DI TRUYỀN ............................................................................... 65 3.1. Giải thuật di truyền ................................................................................... 65 3.1.1. Khái niệm ............................................................................................ 65 3.1.2. Cấu trúc giải thuật di truyền ............................................................... 66 3.2. Tối ưu luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền ......................... 72 3.2.1. Tối ưu hàm liên thuộc của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền ............................................................................................................ 73 3.2.1.1. Cấu trúc luật dẫn vi phân tỉ lệ mờ tối ưu hàm liên thuộc ............. 73 3.2.1.2. Giải thuật di truyền tối ưu hàm liên thuộc .................................... 78 v 3.2.2. Tối ưu hệ quy tắc mờ của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền ............................................................................................................ 79 3.2.2.1. Cấu trúc luật dẫn vi phân tỉ lệ mờ tối ưu hệ quy tắc mờ .............. 80 3.2.2.2. Giải thuật di truyền tối ưu hệ quy tắc mờ ..................................... 84 3.2.3. Tối ưu hàm liên thuộc và hệ quy tắc mờ của luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ bởi giải thuật di truyền .................................................................................. 84 3.2.3.1. Cấu trúc luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu ..................................... 85 3.2.3.2. Giải thuật di truyền tối ưu hàm liên thuộc và hệ quy tắc mờ ....... 85 3.3. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 86 Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỈ LỆ MỜ TỐI ƯU ....................................................................................................................... 88 4.1. Phương pháp và điều kiện khảo sát .......................................................... 88 4.2. Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu hàm liên thuộc ......................................... 89 4.2.1. Kết quả thực hiện giải thuật di truyền ................................................ 89 4.2.2. Kết quả khảo sát luật dẫn .................................................................... 93 4.2.3. Nhận xét .............................................................................................. 99 4.3. Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu hệ quy tắc mờ ..................................... 100 4.3.1. Kết quả thực hiện giải thuật di truyền .............................................. 100 4.3.2. Kết quả khảo sát luật dẫn .................................................................. 102 4.3.3. Nhận xét ............................................................................................ 108 4.4. Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mờ tối ưu hàm liên thuộc và hệ quy tắc mờ.............. 108 4.4.1. Kết quả thực hiện giải thuật di truyền .............................................. 108 4.4.2. Kết quả khảo sát ................................................................................ 113 4.4.3. Nhận xét ............................................................................................ 119 4.5. Kết luận chương 4 ................................................................................... 119 KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................ 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ............................................... 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 124 vi DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Bảng chữ cái viết tắt TLPK Tên lửa phòng không TLKQ Tên lửa không quân PK-KQ Phòng không – Không quân UAV Thiết bị bay không người lái APN Tiếp cận tỉ lệ tăng cường PID Vi – tích phân tỉ lệ PN Tiếp cận tỉ lệ PF Tỉ lệ mờ PDF Vi phân tỉ lệ mờ PIF Tích phân tỉ lệ mờ BN Âm lớn MN Âm vừa SN Âm nhỏ Z Không SP Dương nhỏ MP Dương vừa BP Dương lớn GA Giải thuật di truyền VĐK Vòng điều khiển ĐHH Động hình học vii 2. Bảng ký hiệu Ký hiệu Đơn vị / / / / / ∥ / / / / / / Ý nghĩa Hệ tọa độ gắn với mặt đất (nằm trong mặt phẳng phương vị) Hệ tọa độ quy tắc mờ Vận tốc tên lửa Vận tốc mục tiêu Vận tốc tiếp cận tên lửa – mục tiêu Lệnh gia tốc pháp tuyến tên lửa Thành phần vuông góc với đường ngắm tên lửa – mục tiêu của lệnh gia tốc pháp tuyến tên lửa Thành phần song song với đường ngắm tên lửa – mục tiêu của lệnh gia tốc pháp tuyến tên lửa Giá trị cực đại của Gia tốc pháp tuyến mục tiêu Quá tải mục tiêu Gia tốc pháp tuyến tên lửa Khoảng cách giữa tên lửa và mục tiêu Tọa độ tên lửa trên trục X Tọa độ tên lửa trên trục Y Tọa độ mục tiêu trên trục X Tọa độ mục tiêu trên trục Y Góc đường ngắm tên lửa – mục tiêu Tốc độ góc đường ngắm tên lửa – mục tiêu Gia tốc góc đường ngắm tên lửa – mục tiêu Góc đường bay của mục tiêu Góc đón Sai số góc đón Tọa độ tên lửa trên trục Y trong trường hợp tuyến tính Tọa độ mục tiêu trên trục Y trong trường hợp tuyến tính Khoảng cách tương đối tên lửa – mục tiêu trên trục Y trong trường hợp tuyến tính Hệ số dẫn Toán tử Laplace Hằng số thời gian của khâu quán tính mô tả động học của tên lửa viii Φ / Φ , , , / ,…, ,…, ,…, . , , , Thời điểm gặp Thời điểm bắt đầu cơ động Thời điểm hết cơ động Giá trị của gia tốc trọng trường 9.81 / Nhiễu tản mát tâm phản xạ Nhiễu pha-đinh Hàm mật độ phổ công suất của nhiễu tản mát tâm phản xạ Hàm mật độ phổ công suất của nhiễu pha-đinh Độ trượt tại thời điểm gặp Độ lệch quân phương độ trượt gây ra bởi nhiễu tản mát tâm phản xạ Độ lệch quân phương độ trượt gây ra bởi nhiễu phađinh Giá trị căn quân phương của độ trượt khi nhiễu tản mát tâm phản xạ tác động vào hệ thống Giá trị căn quân phương của độ trượt khi nhiễu phađinh tác động vào hệ thống Kích thước quần thể Xác suất lai ghép Xác suất đột biến Tham số xác định mức độ phụ thuộc vào số lần lặp trong phép đột biến không đồng nhất Các chuỗi nhiễm sắc thể bố mẹ Chuỗi nhiễm sắc thể con Xác suất chọn lọc Quần thể cá thể ban đầu Quần thể cá thể mới Cá thể thứ k của quần thể ban đầu Các thể thứ k của quần thể mới Giá trị chặn dưới của nhiễm sắc thể con Giá trị chặn trên của nhiễm sắc thể con Nhiễm sắc thể sau khi bị đột biến Hàm thích nghi Bộ số xác định hình dạng của hàm liên thuộc Các đường lưới của hệ tọa độ quy tắc mờ Các điểm khởi tạo của hệ tọa độ quy tắc mờ