Tài liệu Tối ưu hóa các thông số thiết kế máy lái điện - Khí tên lửa đối hải bằng phương pháp Monte- Carlo: Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
T. X. Long, Tr. H. Anh, H. X. Vĩnh, “Tối ưu hĩa phương pháp Monte-Carlo.” 132
TỐI ƯU HĨA CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ MÁY LÁI ĐIỆN - KHÍ
TÊN LỬA ĐỐI HẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE- CARLO
Tăng Xuân Long*, Trịnh Hồng Anh, Hồ Xuân Vĩnh
Tĩm tắt: Trên cơ sở phân tích các phương pháp thiết kế tối ưu, bài báo lựa chọn
phương pháp tìm ngẫu nhiên Monte - Carlo để tổng hợp thiết kế tối ưu các thơng số
thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới âm. Đây là phương pháp tối ưu hĩa
thuộc nhĩm bài tốn quy hoạch phi tuyến và quy hoạch đa mục tiêu. Áp dụng
phương pháp này, các thơng số thiết kế của máy lái điện - khí sẽ được lựa
chọn tối ưu một cách thuận lợi và hiệu quả theo các hàm đơn mục tiêu hoặc
theo hàm đa mục tiêu.
Từ khĩa: Truyền động tự động điện - khí, Máy lái điện - khí tên lửa, Tối ưu hĩa tham số.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên cơ sở khảo sát các thơng số thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới
âm (chiều dài thanh nam châm vĩnh cửu lm; ...
9 trang |
Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 465 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tối ưu hóa các thông số thiết kế máy lái điện - Khí tên lửa đối hải bằng phương pháp Monte- Carlo, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
T. X. Long, Tr. H. Anh, H. X. Vĩnh, “Tối ưu hĩa phương pháp Monte-Carlo.” 132
TỐI ƯU HĨA CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ MÁY LÁI ĐIỆN - KHÍ
TÊN LỬA ĐỐI HẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE- CARLO
Tăng Xuân Long*, Trịnh Hồng Anh, Hồ Xuân Vĩnh
Tĩm tắt: Trên cơ sở phân tích các phương pháp thiết kế tối ưu, bài báo lựa chọn
phương pháp tìm ngẫu nhiên Monte - Carlo để tổng hợp thiết kế tối ưu các thơng số
thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới âm. Đây là phương pháp tối ưu hĩa
thuộc nhĩm bài tốn quy hoạch phi tuyến và quy hoạch đa mục tiêu. Áp dụng
phương pháp này, các thơng số thiết kế của máy lái điện - khí sẽ được lựa
chọn tối ưu một cách thuận lợi và hiệu quả theo các hàm đơn mục tiêu hoặc
theo hàm đa mục tiêu.
Từ khĩa: Truyền động tự động điện - khí, Máy lái điện - khí tên lửa, Tối ưu hĩa tham số.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên cơ sở khảo sát các thơng số thiết kế máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới
âm (chiều dài thanh nam châm vĩnh cửu lm; cường độ từ trường của nam châm vĩnh
cửu Hm; khe hở cơng tác của nam châm điện δkk; thiết diện ngang đầu thanh từ cảm
So; bán kính quay thanh từ cảm Ltc; đường kính dây của nam châm điện dcd; số
vịng cuộn dây của nam châm điện ncd; đường kính lỗ vịi phun dv; thiết diện hiệu
dụng piston Sp) thơng qua việc tích phân số mơ hình tốn động lực học đã xây
dựng, ta xác định được miền thay đổi hợp lý của các thơng số thiết kế đĩ cũng như
các giá trị gưỡng khống chế của các chỉ tiêu chất lượng đánh giá hoạt động và hiệu
quả sử dụng máy lái điện - khí (thời gian đáp ứng tín hiệu điều khiển tp; sai số bám
vị trí của trục piston ε; độ quá chỉnh δ; cơng suất điện tiêu thụ tín hiệu điều khiển
Nđk; cơng suất tiêu thụ nguồn khí động lực Nđl; hệ số hiệu quả sử dụng Khq).
Yêu cầu của bài tốn thiết kế tối ưu động lực học máy lái đặt ra là cần phải tìm
một tập hợp các thơng số thiết kế trong miền xác định của chúng để thỏa mãn tốt
nhất một chỉ tiêu chất lượng nào đĩ nhưng các chỉ tiêu chất lượng cịn lại phải nằm
trong giới hạn cho phép (tối ưu đơn chỉ tiêu) hoặc thỏa mãn tốt nhất đồng thời các
chỉ tiêu chất lượng cĩ tính đến các trọng số ưu tiên khác nhau của mỗi chỉ tiêu (tối
ưu đa chỉ tiêu).
Trên cơ sở nghiên cứu các phương pháp tối ưu tham số khác nhau [2-6], bài báo
lựa chọn phương pháp tối ưu Monte - Carlo. Đây là phương pháp tối ưu tham số
dựa trên cơ sở tìm ngẫu nhiên giá trị các thơng số cần thiết kế trong miền tồn tại
của chúng thơng qua một bộ thơng số ngẫu nhiên phân bố đều. Ưu điểm của
phương pháp này là tối ưu được đồng thời nhiều thơng số (tối đa 30 thơng số), tối
ưu được đa chỉ tiêu và thuận lợi trong lập trình tính tốn. Nhược điểm của phương
pháp là khối lượng tính tốn lớn.
2. XÂY DỰNG BÀI TỐN TỐI ƯU CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ
MÁY LÁI ĐIỆN - KHÍ THEO PHƯƠNG PHÁP MONTE - CARLO
2.1. Phát biểu bài tốn
Xác định tập mơ hình thiết kế tối ưu 1 2, ,...,op op op opnx x x x cho phép cực trị hĩa
hàm mục tiêu [2]:
Nghiên cứu khoa học cơng nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 133
(x/ D) (x )
xtr op
x D
e f f (1)
với các ràng buộc:
* **
* **
0 , 1, 2,3...,
(x) (x) (x), 1, 2,3..., k
i i ix x x i r
f f f
(2)
trong đĩ: D - vùng tồn tại các thơng số thiết kế; *ix ,
**
ix - giới hạn dưới và giới hạn
trên của thơng số thiết kế thứ i; r - số lượng các thơng số thiết kế cần khảo sát;
*(x)f ,
**(x)f - giới hạn dưới và giới hạn trên của hàm chỉ tiêu chất lượng thứ ;
k - số lượng các hàm chỉ tiêu chất lượng đặt ra.
2.2. Nội dung phương pháp
Dưới đây, bài báo trình bày các bước tiến hành xác định tập các mơ hình thiết kế
tối ưu máy lái theo từng chỉ tiêu chất lượng và theo đa chỉ tiêu chất lượng tổng hợp
cĩ tính đến trọng số ưu tiên của từng chỉ tiêu chất lượng cụ thể theo phương pháp
Monte – Carlo [2, 4].
* Bước 1: Xác định vùng tồn tại các mơ hình thiết kế D:
a) Xác định các giá trị giới hạn trên và giới hạn dưới của các thơng số thiết kế
*
ix ,
**
ix . Từ kết quả bài tốn khảo sát phân tích động lực học máy lái, ta cĩ [1]:
- Chiều dài thanh nam châm kích từ lm :
* 3 ** 3
1 1 min 1 max, ; 11.10 ; 15.10 .m m mx l m x l m x l m
- Cường độ từ trường của nam châm kích từ Hm:
* **
2 2 min 2 max, / ; 17500 / ; 25000 / .m m mx H A m x H A m x H A m
- Khe hở cơng tác của nam châm điện điều khiển δkk:
* 3 ** 3
3 3 min 3 max, ; 0,175.10 ; 0, 25.10 .kk kk kkx m x m x m
- Thiết diện ngang đầu thanh từ cảm So:
2 * 6 2 ** 6 24 4 min 4 max, ; 13, 2.10 ; 18, 2.10 .o o ox S m x S m x S m
- Bán kính quay thanh từ cảm Ltc:
* 3 ** 3
5 5 min 5 max, ; 10.10 ; 15.10 .tc tc tcx L m x L m x L m
- Đường kính dây của nam châm điều khiển dcd:
* 3 ** 36 6 min 6 max, ; 0,15.10 ; 0,18.10 .cd cd cdx d m x d m x d m
- Số vịng cuộn dây của nam châm điện điều khiển ncd:
* **7 7 min 7 max, ; 1500 ; 2000 .cd cd cdx n vg x n vg x n vg
- Đường kính lỗ vịi phun dv:
* 3 ** 3
8 8 min 8 max, ; 1,05.10 ; 1, 2.10 .v v vx d m x d m x d m
- Thiết diện hiệu dụng piston Sp:
2 * 3 2 ** 3 29 9 min 9 max, ; 1.10 ; 1,78.10 .p p px S m x S m x S m
b) Xác định giá trị giới hạn trên của từng chỉ tiêu chất lượng **f x . Cũng từ
kết quả bài tốn khảo sát phân tích động lực học máy lái, ta cĩ [1]:
- Thời gian quá trình quá độ đáp ứng tín hiệu điều khiển tp :
1 ,pf x t x s ;
**
1 max 0,153pf x t x s ;
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
T. X. Long, Tr. H. Anh, H. X. Vĩnh, “Tối ưu hĩa phương pháp Monte-Carlo.” 134
- Sai số bám vị trí của trục piston ε:
2 ,%f x x ;
**
2 max 3%f x x ;
- Cơng suất điện tiêu thụ để điều khiển đầu vào Nđk :
3 ,đkf x N x W ;
**
3 max 0, 237đkf x N x W ;
- Cơng suất động lực nguồn khí nén để mang tải đầu ra Nđl :
4 ,đlf x N x W ;
**
4 max 648đlf x N x W ;
- Hệ số hiệu quả sử dụng Khq :
25 , / Whqf x K x m ;
** 5 2
6 max 6,04.10 /hqf x K x m W
.
* Bước 2: Từng thơng số thiết kế xi,j được gán các giá trị ngẫu nhiên phân bố
đều, trong vùng tồn tại D của chúng:
* **
,
* ** *
, ,
,i i j i
i j i i j i i
x x x
x x q x x
(3)
trong đĩ: i = 1, 2, , n - số thứ tự của thơng số thiết kế cần tổng hợp; j = 1, 2, ,
N - số thứ tự mơ hình thiết kế máy lái cần tổng hợp (N phụ thuộc vào yêu cầu về độ
chính xác và độ tin cậy xác định mơ hình thiết kế tối ưu [2]); qi, j - tọa độ số ngẫu
nhiên phân bố đều (0 < qi, j < 1).
* Bước 3: Đối với từng tọa độ các thơng số thiết kế ngẫu nhiên xi, j tiến hành
tích phân số mơ hình tốn động lực học máy lái điện - khí. Trên cơ sở đĩ tính tốn
giá trị các hàm chỉ tiêu chất lượng đặt ra , ( 1, 2,..., ; 1, 2,..., N)jf x k j của N
mơ hình thiết kế.
* Bước 4: Đối với từng chỉ tiêu chất lượng ta chọn và sắp xếp các giá trị tính
tốn được của chúng theo thứ tự tăng dần. Để phân tích và xác định tập các mơ
hình thiết kế tốt nhất ta sử dụng hai chỉ tiêu đánh giá so sánh j và Λ
j. Chỉ tiêu
đánh giá j đặc trưng cho loạt mơ hình thiết kế xếp theo thứ tự tăng dần gần với
mơ hình tốt nhất đối với từng chi tiêu chất lượng được chọn để tối ưu hĩa:
,
,
min
j
i jj
N
f x
f x
1,2,..., ,
1,2,..., ,
j N
k
(4)
ở đây: min 0
N
f x - giá trị nhỏ nhất của chỉ tiêu chất lượng fν trong số chỉ tiêu chất
lượng N đã tính tốn. Rõ ràng, giá trị nhỏ nhất của chỉ tiêu đánh giá j là min 1 .
Đối với máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới âm, ta cĩ:
1 , ,
1
1
,
min min
j j
i j p i jj
p
N N
f x t x
f x t x
2 , ,
2
2
,
min min
j j
i j i jj
N N
f x x
f x x
4 , ,
3
4
,
min min
j j
i j đk i jj
đk
N N
f x N x
f x N x
5 , ,
4
5
,
min min
j j
i j đl i jj
đl
N N
f x N x
f x N x
Nghiên cứu khoa học cơng nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 135
6 , ,
5
6
.
min min
j j
i j hq i jj
hq
N N
f x K x
f x K x
Chỉ tiêu đánh giá tổng hợp Λj được sử dụng để đánh giá tồn diện N mơ hình
theo đa chỉ tiêu chất lượng đặt ra.
1
. , 1
k
j j j N
(5)
ở đây: ρν - trọng số ưu tiên của chỉ tiêu chất lượng thứ ν. Giá trị ρν được cho trước
theo yêu cầu về mức độ ưu tiên quan trọng khác nhau của từng chỉ tiêu chất lượng
đặt ra phụ thuộc vào từng bài tốn tối ưu đa chỉ tiêu cụ thể.
Bảng số với các mơ hình thiết kế được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của chỉ tiêu
đánh giá tổng hợp Λj gọi là bảng đánh giá đa chỉ tiêu. Mơ hình tối ưu xop đa chỉ
tiêu trong số N các mơ hình được xác định theo cơng thức sau:
1
minop j
j N
x
(6)
Trên đây trình bày tĩm tắt các bước giải bài tốn tổng hợp thiết kế tối ưu theo từng
chỉ tiêu chất lượng và bài tốn tổng hợp thiết kế tối ưu đa chỉ tiêu chất lượng tổng hợp
máy lái điện - khí tên lửa đối hải dưới âm.
Chương trình giải bài tốn tổng hợp thiết kế tối ưu được lập trình bằng ngơn ngữ
Visual Basic và các kết tính tốn được xử lý bằng phần mềm Excel.
Dưới đây là kết quả các bước thực hiện của các bài tốn nêu trên.
3. KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ
3.1. Các bảng số đánh giá từng chỉ tiêu chất lượng j và bảng số đánh giá
tổng hợp đa chỉ tiêu chất lượng Λj
Đối với từng bộ tọa độ điểm ngẫu nhiên, ta chọn được từng bộ tọa độ các thơng
số thiết kế X , trong vùng tồn tại D (bước 1) để tiến hành tích phân số mơ hình
tốn động lực máy lái, trên cơ sở đĩ sẽ xác định được từng giá trị của các chỉ tiêu
chất lượng (bước 2) với độ chính xác xác định mơ hình thiết kế tối ưu được chọn
Δ = 0,005 và độ tin cậy P = 0,99 thì số phương án tính tốn là N = 919 [2]. Trong
số N mơ hình động lực học máy lái được thử nghiệm ta chọn ra N* (N* = 195) mơ
hình đồng thời thỏa mãn các điều kiện khống chế chất lượng đặt ra. Đối với N* mơ
hình được chọn tiến hành lập các bảng số để đánh giá j và Λ
j trong đĩ từng chỉ
tiêu chất lượng λν(x) cĩ giá trị tốt nhất được xắp sếp theo thứ tự tăng dần.
Trong bảng số j (bảng 1) đưa ra 5 mơ hình tốt nhất trong số N
* mơ hình theo
từng chỉ tiêu chất lượng, trên tử số là số hiệu mơ hình, ở mẫu số là giá trị chỉ tiêu
chất lượng λν của mơ hình đĩ. Bảng số đánh giá tổng hợp đa chỉ tiêu chất lượng Λ
j
(bảng 2) của 10 mơ hình tốt nhất được xếp theo thứ tự tăng dần với hai phương án
điển hình: phương án các chỉ tiêu chất lượng cĩ mức độ ưu tiên quan trọng ngang
nhau ρν = 1 và phương án các chỉ tiêu chất lượng cĩ mức độ ưu tiên quan trọng
khác nhau: ρ1 = 6; ρ2 = 2; ρ3 = 4; ρ4 = 2; ρ5 = 1.
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
T. X. Long, Tr. H. Anh, H. X. Vĩnh, “Tối ưu hĩa phương pháp Monte-Carlo.” 136
Bảng 1. Bảng số đánh giá từng chỉ tiêu chất lượng , 1, 2,3, 4,5j .
TT
1
j
j
2
j
j
3
j
j
4
j
j
5
j
j
1
0
1.335
0
1.905
0
1.281
0
1.304
0
1.891
2
792
1.000
218
1.000
134
1.000
382
1.000
63
1.000
3
22
1.010
584
1.048
692
1.056
275
1.000
166
1.011
4
861
1.016
835
1.095
733
1.062
56
1.002
623
1.032
5
215
1.017
9
1.095
814
1.073
118
1.016
688
1.046
6
699
1.018
768
1.143
355
1.096
586
1.018
22
1.074
Bảng 2. Bảng số đánh giá tổng hợp đa chỉ tiêu chất lượng j
(với 1 2 3 4 5 1 ).
TT j 1
j 2
j 4
j 5
j 6
j j
1 0 1.335 1.905 1.281 1.304 1.891 6.906
2 529 1.060 1.095 1.188 1.249 1.165 5.758
3 218 1.078 1.000 1.140 1.235 1.373 5.827
4 692 1.064 1.238 1.056 1.231 1.268 5.857
5 584 1.254 1.048 1.180 1.266 1.331 6.078
6 152 1.089 1.190 1.404 1.215 1.261 6.159
Bảng 3. Bảng số đánh giá tổng hợp đa chỉ tiêu chất lượng j
(với
1 2 3 4 5
6; 2; 4; 2; 1 ).
TT j 1
j 2
j 4
j 5
j 6
j j
1 0 1.335 1.095 1.281 1.304 1.891 6.061
2 692 1.064 1.238 1.056 1.231 1.268 5.028
3 218 1.078 1.000 1.140 1.235 1.373 5.052
4 529 1.060 1.095 1.388 1.249 1.165 5.102
5 584 1.254 1.048 1.180 1.266 1.331 5.274
6 152 1.089 1.190 1.404 1.215 1.261 5.278
Nghiên cứu khoa học cơng nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 137
Trong các bảng số j (bảng 1) và
j (bảng 2 và 3) mơ hình thiết kế mang số
hiệu 0j là mơ hình thiết kế máy lái điện - khí nguyên mẫu đối chứng.
3.2. Xác định các mơ hình thiết kế tối ưu theo từng chỉ tiêu chất lượng và theo
đa chỉ tiêu chất lượng tổng hợp máy lái điện - khí.
Phân tích các bảng số j (bảng 1) và
j (bảng 2 và 3) ta dễ dàng xác định
được các mơ hình thiết kế tối ưu theo từng chỉ tiêu chất lượng và theo đa chỉ tiêu
chất lượng tổng hợp với giá trị các trọng số ưu tiên khác nhau của từng chỉ tiêu
chất lượng của máy lái điện - khí. Cụ thể:
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng thời gian quá độ đáp ứng tín
hiệu điều khiển là mơ hình 792j , 7921 1 với min 0.105pt x s ;
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng độ chính xác bám vị trí trục
piston trong trạng thái ổn lập là mơ hình 218j với 2182 1 min 21%0.x ;
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng cơng suất tín hiệu điều khiển
là mơ hình 134j , 1343 1 với min 0.219đkN x W ;
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng cơng suất tiêu thụ nguồn năng
lượng động lực khí nén là mơ hình 382j , 3824 1 với min 497đlN x W ;
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng hệ số hiệu quả sử dụng là mơ
hình 63j , 635 1 với
2
n
5
mi 2.84 10 /hqK x m W
;
- Mơ hình thiết kế tối ưu đa chỉ tiêu chất lượng với các hệ số trọng lượng:
1 2 3 4 5 1 là mơ hình 529
j với 529
min
5.785 ;
- Mơ hình thiết kế tối ưu đa chỉ tiêu chất lượng với các hệ số trọng lượng:
1 2
6; 2;
3 4 5
4; 2; 1 là mơ hình 692j với 692
min
1 156.8 .
Trên các bảng 4 và 5 dưới đây đưa ra các giá trị các thơng số thiết kế và giá trị
các chỉ tiêu chất lượng của các mơ hình thiết kế máy lái nguyên mẫu đối chứng và
của các mơ hình thiết kế tối ưu theo từng chỉ tiêu chất lượng và theo đa chỉ tiêu
chất lượng tổng hợp với các phương án hệ số trọng lượng của từng chỉ tiêu chất lượng
khác nhau.
Bảng 4. Các thơng số thiết kế của các mơ hình thiết kế tối ưu máy lái.
Thơng
số
Mơ
thiết kế
hình
thiết kế
lm
[10-
3m]
Hm
[A/m]
δkk
[10-3m]
So
[10-
6m2]
Ltc
[10-
3m]
ncd
[vịng]
dcd
[10-3m]
dvt
[10-3m]
Sp
[10-4m2]
0j 15 25000 0.25 13.2 15 2000 0.15 1.20 17.80
792j 14.7 24975 0.156 16.6 10.2 1622 0.158 1.19 14.64
218j 14.3 21871 0.186 13.2 10.7 1908 0.164 1.17 13.78
134j 14.8 21856 0.153 14.5 13.9 1947 0.153 1.19 11.86
382j 11.8 22438 0.183 15.5 11.8 1707 0.157 1.05 13.69
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
T. X. Long, Tr. H. Anh, H. X. Vĩnh, “Tối ưu hĩa phương pháp Monte-Carlo.” 138
63j 11.0 23011 0.237 18.9 13.3 1507 0.170 1.20 10.08
529j 11.0 20922 0.183 17.2 14.9 1632 0.162 1.17 11.42
692j 11.2 20407 0.218 18.5 14.5 1966 0.152 1.17 10.17
Bảng 5. Giá trị các chỉ tiêu chất lượng của các mơ hình thiết kế tối ưu máy lái.
Giá trị chỉ tiêu
chất
lượng
Mơ hình
thiết kế
tp
[s]
ε
[%]
Nđk
[W]
Nđl
[W]
Khq
[m2/W]
0j 0.142 2.0 0.228 648 5.4×10
-5
792j 0.105 1.47 0.233 640 3.8×10
-5
218j 0.113 0.21 0.203 614 3.9×10
-5
134j 0.139 0.70 0.178 633 4.9×10
-5
382j 0.141 1.33 0.242 497 5.2×10
-5
63j 0.144 1.06 0.317 643 2.8×10
-5
529j 0.111 0.30 0.211 621 3.3×10
-5
692j 0.112 0.35 0.188 612 3.6×10
-5
3.3. Đánh giá
Phân tích so sánh các thơng số thiết kế và các chỉ tiêu chất lượng của máy lái
nguyên mẫu với các mơ hình thiết kế tối ưu trên các bảng 4 và 5 ta rút ra một số
nhận xét sau:
Trong số các mơ hình thiết kế tối ưu nhận được, mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ
tiêu chất lượng cơng suất tín hiệu điều khiển đầu vào Nđk (mơ hình 134
j ) cĩ
giá trị thơng số thiết kế và các chỉ tiêu chất lượng gần nhất so với các thơng số
tương ứng của mơ hình mơ hình thiết kế máy lái nguyên mẫu và mơ hình thiết kế
tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng hệ số hiệu quả sử dụng bộ truyền động máy lái Khq
(mơ hình 63j ) cĩ các thơng số và các chỉ tiêu chất lượng khác xa nhất so với
các thơng số tương ứng của mơ hình mơ hình thiết kế máy lái nguyên mẫu. Như
vậy, mơ hình thiết kế máy lái nguyên mẫu nằm ở ngưỡng trên trong vùng tối ưu
theo chỉ tiêu chất lượng cơng suất tín hiệu điều khiển Nđk.
So với các chỉ tiêu chất lượng của mơ hình thiết kế máy lái nguyên mẫu: *pt ,
* ,
*
đkN ,
*
đlN ,
*
hqK , ta thấy:
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng thời gian quá độ chấp hành tín
hiệu điều khiển tp (mơ hình 792
j ) cĩ giá trị min 0,105oppt x s , giảm khoảng
1,35 lần so với giá trị *pt .
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng sai số kèm bám vị trí trục
piston (mơ hình 218j ) cĩ giá trị min 0, 21%opx , giảm khoảng 9,5 lần
so với giá trị * .
Nghiên cứu khoa học cơng nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 139
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng cơng suất tín hiệu điều khiển
đầu vào Nđk (mơ hình 134
j ) cĩ giá trị min 0,178WopđkN x , giảm khoảng
1,3 lần so với giá trị *đkN .
+ Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng cơng suất động lực tiêu thụ
nguồn khí nén để truyền động mang tải Nđl (mơ hình 382
j ) cĩ giá trị
min 497opđlN x W , giảm khoảng 1,3 lần so với giá trị *đlN .
- Mơ hình thiết kế tối ưu theo chỉ tiêu chất lượng hệ số hiệu quả sử dụng bộ
truyền động Khq (mơ hình 63
j ) cĩ giá trị 5 2min 2,8.10ophqK x m /W , giảm
khoảng 1,93 lần so với giá trị *hqK . Đây là mơ hình thiết kế cĩ kích thước bộ truyền
động (tương đương đường kính piston) nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu các chỉ
tiêu chất lượng khác nằm trong giới hạn cho phép;
- Mơ hình thiết kế tối ưu đa chỉ tiêu chất lượng với các trọng số ưu tiên như
nhau 1 2 3 4 5 1 và các trọng số ưu tiên khác nhau
1 2
6; 2;
3 4 5
4; 2; 1 (mơ hình 529j và 692j ) đều cĩ chỉ
tiêu chất lượng tốt hơn so với các chỉ tiêu chất lượng tương ứng của máy lái
nguyên mẫu.
Phụ thuộc vào yêu cầu của bài tốn thiết kế tổng thể quả đạn tên lửa đối hải
của Tổng cơng trình sư đưa ra, kỹ sư thiết kế máy lái cĩ thể đưa ra lựa chọn
phương án thiết kế tối ưu theo từng đơn chỉ tiêu chất lượng cụ thể hoặc theo đa
chỉ tiêu chất lượng tổng hợp với các hệ số trọng lượng ưu tiên khác nhau của
từng chỉ tiêu chất lượng.
4. KẾT LUẬN
Trên cơ sở phương pháp tối ưu Monte-Carlo tìm tối ưu tồn cục, bài báo đã áp
dụng để tìm mơ hình thiết kế (bộ thơng số thiết kế) tối ưu cho máy lái điện - khí
tên lửa đối hải dưới âm theo hàm đơn chỉ tiêu hoặc hàm đa chỉ tiêu tùy thuộc vào
yêu cầu chiến - kỹ thuật cụ thể. Bên cạnh đĩ, bài báo cũng so sánh đánh giá các mơ
hình thiết kế tối ưu nhận được với mơ hình thiết kế của máy lái nguyên mẫu.
Các kết quả thu được về các mơ hình thiết kế tối ưu máy lái là tài liệu tham
khảo khoa học trong tính tốn, thiết kế mới mẫu máy lái điện - khí.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Minh Khơi, các cộng sự, "Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế máy lái điện
– khí nén tên lửa 3M-24E thuộc tổ hợp tên lửa URAN-E", Đề tài nền cấp Viện
KHCNQS, (2009).
[2]. Bùi Thế Tâm, Trần Vũ Thiệu, "Các phương pháp tối ưu hĩa", Nxb Giao thơng
vận tải, (1998).
[3]. Nguyễn Hải Thanh, "Tối ưu hĩa", Nxb Đại học Bách khoa, Hà Nội, (2006).
[4]. Paul J. Atzberger, "The Monte-Carlo Method", Cambridge University Press,
(2004).
[5]. Боровин Г.К., Попов Д.Н., "Многокритериальная оптимизация
гидросистем", Баумана, Москва, (2007).
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
T. X. Long, Tr. H. Anh, H. X. Vĩnh, “Tối ưu hĩa phương pháp Monte-Carlo.” 140
[6]. Пашкеев С.Д. и др, "Машинные методы оптимизации в технике связи",
Изд. Наука, Москва, (1976).
ABSTRACT
OPTIMIZE DESIGN PARAMETERS
OF THE ANTI-SHIP MISSILE ELECTRO-PNEUMATIC ACTUATOR
Based on the analysis of optimal design methods, the paper selects the
Monte - Carlo random search method to synthesize optimal design parameters
of the electro-pneumatic actuator of subsonic anti-ship missiles. This
optimization method belongs to the group of nonlinear and multi-objective
programming problems. Thanks to this method the design parameters of the
electro-pneumatic actuator will be optimally selected in a convenient and
effective way with single objective or multiple objective functions.
Keywords: Electro - pneumatic automatic transmission, Missile electro - pneumatic actuator, Parameters
optimization.
Nhận bài ngày 16 tháng 07 năm 2016
Hồn thiện ngày 04 tháng 08 năm 2016
Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 09 năm 2016
Địa chỉ: 1 Viện Tên lửa.
* Email: longtank2012@gmail.com
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 16_7524_2150227.pdf