Luận án: Ứng dụng mạng nơron nhận dạng tham số khí động lực học nâng cao hiệu quả thiết kế máy bay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ----------------------- NGUYỄN ĐỨC THÀNH ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG CÁC THAM SỐ KHÍ ĐỘNG KÊNH ĐỘ CAO NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ THIẾT KẾ THIẾT BỊ BAY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ----------------------- NGUYỄN ĐỨC THÀNH ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG CÁC THAM SỐ KHÍ ĐỘNG KÊNH ĐỘ CAO NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ THIẾT KẾ THIẾT BỊ BAY Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9.16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Trương Đăng Khoa 2. Hoàng Minh Đắc Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung, số liệu và kết quả 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.

Các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Nguyễn Đức Thành ii LỜI CẢM ƠN Công trình nghiên cứu này được thực hiện tại Viện Tên lửa, Viện Tự động hoá kỹ thuật quân sự thuộc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng. Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS. Trương Đăng Khoa và TS.

Hoàng Minh Đắc đã định hướng nghiên cứu và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Phòng Đào tạo/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Tên lửa, Viện Tự động hoá kỹ thuật quân sự Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, khoa KTĐK Học viện KTQS và các đồng nghiệp đã luôn động viên, quan tâm và giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận án. Xin chân thành cám ơn các Thầy giáo, các nhà Khoa học và gia đình, người thân cùng bạn bè đã quan tâm giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu, cổ vũ và động viên tác giả hoàn thành công trình khoa học này. NCS Nguyễn Đức Thành iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.

xi MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG CÁC HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA MÁY BAY. Nhiệm vụ nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động trong quy trình thiết kế thiết bị bay. Các giai đoạn thiết kế thiết bị bay.

Mô hình khí động của thiết bị bay. Vai trò nhận dạng các đặc tính khí động. Nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động từ dữ liệu bay. Mô hình động học chuyển động của máy bay.

Thử nghiệm bay, thu nhận dữ liệu. Ước lượng tham số khí động và xác định trạng thái. Xác nhận mô hình. Tình hình nghiên cứu ngoài nước.

Tình hình nghiên cứu trong nước. Đặt vấn đề nghiên cứu. Những vấn đề còn tồn tại. Xây dựng hướng nghiên cứu của luận án.

Kết luận chương 1. 37 iv CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CHO MỘT LỚP MÁY BAY CÁNH BẰNG. Mô hình động học máy bay. Các hệ tọa độ sử dụng trong mô tả chuyển động của máy bay.

Các quy ước về chiều và dấu các tác động điều khiển. Mô hình động học phi tuyến. Mô hình động học máy bay trong kênh độ cao. Mô hình trạng thái chuyển động phi tuyến.

Mô hình trạng thái chuyển động tuyến tính kênh độ cao. Mô hình động học dùng cho nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động của thiết bị bay khi ứng dụng mạng nơron nhân tạo. Mô hình động học thiết bị bay dùng cho mạng nơron nhân tạo. Mạng nơron đột biến.

Kết luận chương 2. 63 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG MỘT SỐ ĐẠO HÀM HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA MÁY BAY. Thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động của máy bay theo các phương pháp truyền thống. Thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động của máy bay theo phương pháp hồi quy tuyến tính.

Thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động của máy bay theo phương pháp sai số đầu ra. Xây dựng thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động của máy bay sử dụng mạng nơron nhân tạo. Xây dựng thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động của máy bay sử dụng mạng RBF. Xây dựng thuật toán nhận dạng đạo hàm hệ số khí động của máy bay ứng dụng mạng nơron đột biến.

Kết luận chương 3. 95 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG CÁC ĐẠO HÀM HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG CỦA MÁY BAY. Mô phỏng và đánh giá các thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động của máy bay sử dụng phương pháp truyền thống. Mô phỏng và đánh giá thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động theo phương pháp LR.

Mô phỏng và đánh giá thuật toán nhận dạng đạo hàm hệ số khí động theo phương pháp OEM. Mô phỏng và đánh giá thuật toán nhận dạng đạo hàm hệ số khí động ứng dụng mạng nơron nhân tạo. Mô phỏng và đánh giá thuật toán nhận dạng đạo hàm hệ số khí động ứng dụng mạng RBF. Mô phỏng và đánh giá thuật toán nhận dạng các đạo hàm hệ số khí động ứng dụng mạng nơron đột biến.

Kết luận chương 4. 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 118 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO .a vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1.

Danh mục các ký hiệu ,  Góc tấn công, góc trượt  0  0 Góc tấn công đảm bảo cho máy bay ở chế độ bay bằng ,  ,  Góc gật, góc liệng, góc hướng  0  δe , δr , δa Góc lệch cánh lái độ cao, cánh lái hướng, cánh lái liệng  0  δe0 Góc lệch cánh lái độ cao đảm bảo máy bay ở chế độ bay bằng  Mật độ không khí  kg / m3   Sai lệch chuẩn  Véc tơ các tham số mô hình  x ,  y ,  z Các thành phần tốc độ góc trong hệ tọa độ liên kết  0 /s 2    A, B, C, D Ma trận hệ thống tuyến tính ax , ay , az Các thành phần gia tốc trong hệ tọa độ liên kết  m / s 2  bA , bAe Cung khí động trung bình cánh nâng, cánh lái độ cao  m  CL , CD Hệ số lực nâng và hệ số lực cản trong hệ tọa độ tốc độ CD , CL , m y Đạo hàm hệ số lực cản, hệ số lực nâng, hệ số mô men gật theo góc tấn công 1 / 0  CD , CL , my Đạo hàm hệ số lực cản, hệ số lực nâng, hệ số mô men gật theo y y z tốc độ góc gật  s / 0  CD , CL , my e e e Đạo hàm hệ số lực cản, hệ số lực nâng, hệ số mô men gật theo góc lệch cánh lái độ cao 1 / 0  Cx , C y , Cz Các thành phần hệ số lực khí động trong hệ tọa độ liên kết vii F Véc tơ lực tác động lên thiết bị bay  N  FA Véc tơ lực khí động tác động lên thiết bị bay  N  FG Véc tơ trọng lực tác động lên thiết bị bay  N  FP Véc tơ lực đẩy động cơ tác động lên thiết bị bay  N  g Gia tốc trọng trường  m / s 2  H Độ cao thiết bị bay  m  I Ma trận mô men quán tính  kg.m2  Ix, I y , Iz Các mô men quán tính trong hệ tọa độ liên kết  kg.m2  l , le Sải cánh nâng, cánh lái độ cao  m  L, D Lực nâng và lực cản trong hệ tọa độ tốc độ  N  m Khối lượng của thiết bị bay  kg  M Véc tơ mô men tác động lên thiết bị bay  Nm  MA Véc tơ mô men khí động tác động lên thiết bị bay  Nm  MP Véc tơ mô men lực đẩy động cơ tác động lên thiết bị bay  Nm  Mx, M y, Mz Các thành phần mô men khí động trong hệ tọa độ liên kết  Nm  mx , my , mz Các thành phần hệ số mô men khí động trong hệ tọa độ liên kết N Số điểm dữ liệu bay ghi nhận được Oxyz Hệ tọa độ liên kết Oxa ya za Hệ tọa độ tốc độ OxE y E z E Hệ tọa độ mặt đất Oxg yg zg Hệ tọa độ mặt đất di động P Lực đẩy động cơ  N  viii q Áp suất khí động  N / m3  R Ma trận hiệp phương sai sai số S Diện tích đặc trưng cánh  m 2  x Véc tơ tham số trạng thái X, Y, Z Các thành phần lực khí động trong hệ tọa độ liên kết  N  y, z Véc tơ tham số đầu ra mô hình và tập dữ liệu bay V Không tốc của thiết bị bay  m / s  Vx , Vy , Vz Các thành phần tốc độ trong hệ tọa độ liên kết  m / s  2. Danh mục các chữ viết tắt 2.