輕型武器站跟蹤瞄準與發(fā)射控制研究.pdf

1、P h ．D ．D i s s e r t a t i o nT r a c k i n g ，A i m i n ga n d L a u n c h i n gC o n t r o l l r a c i o n gA i m i n g a n L a u n c h i n g o n t r o l ，R e s e a r c h o f T h e L i g h t w e i g h t W e a p o n S

2、t a t i o nB yM a W u - n i n gS u p e r v i s e d b y P r o f ．X uC h e n gN a n j i n g U n i v e r s i t yo f S c i e n c e & T e c h n o l o g yS e p t e m b e r ，2 0 15博士學位論文 輕型武器站跟蹤瞄準與發(fā)射控制研究摘 要論文以輕型武器站為研究對象，以提高

3、武器站作戰(zhàn)效能為目標，針對行進機動過程的路面隨機干擾、跟蹤瞄準過程的機械力學量變化和連續(xù)射擊過程的發(fā)射載荷擾動等動力學特性影響，采用理論、仿真和試驗相結(jié)合的研究方法，開展穩(wěn)定搜索控制、位置跟蹤控制和發(fā)射響應控制的理論與方法研究，具有重要的理論意義和實用價值。學位論文主要開展以下幾個方面的研究工作：( 1 ) 利用多柔體系統(tǒng)動力學理論，建立輕型武器站動力學模型；根據(jù)電機原理與控制理論，推導武器站電氣部分的數(shù)學方程，采用P I D 與前饋復

4、合控制方法，建立電氣控制部分的數(shù)值仿真模型；在電氣控制部分數(shù)值仿真模型中嵌入多柔體系統(tǒng)動力學模型，建立起輕型武器站動力學與伺服控制耦合分析模型。( 2 ) 圍繞輕型武器站作戰(zhàn)使用的行進機動、跟蹤瞄準和連續(xù)射擊等過程，針對各過程分別具有的路面隨機干擾、機械力學量變化和發(fā)射載荷擾動等動力學特性影響，開展輕型武器站動力學與跟蹤控制的聯(lián)合仿真，揭示了武器站負載和慣量等動力學特性變化對跟蹤精度的影響、對電機輸出力矩的需求和不平衡力矩的伴隨規(guī)律；完

5、成了輕型武器站發(fā)射動力學與響應控制的聯(lián)合仿真，聯(lián)合仿真與射擊試驗的結(jié)果對比表明，槍口加速度和身管位移的相對誤差均小于1 0 ％，驗證了發(fā)射動力學與響應控制聯(lián)合仿真方法的正確性。 ．( 3 ) 搭建D S P 位置控制器，完成高性能D ／A 轉(zhuǎn)化模塊、R D C 模塊、D S P 最小系統(tǒng)控制模塊和旋變勵磁電路模塊等電路設計，構(gòu)建輕型武器站試驗樣機，為穩(wěn)定搜索控制、位置跟蹤控制和發(fā)射響應控制的試驗研究工作奠定基礎(chǔ)。( 4 ) 針對穩(wěn)定搜索

6、控制的路面隨機干擾，提出了通過試驗確定控制參數(shù)的P I D 與前饋復合控制方法，完成各系數(shù)對控制效果影響的試驗研究，確定P I D 與前饋復合控制的具體模型；針對本輕型武器站，選定比例系數(shù)K 。取值2 ．5 左右，積分系數(shù)K i 取值0 ．2左右，一階前饋系數(shù)K f i 取值4 ．0 左右，二階前饋系數(shù)K ￡取值1 6 ．0 左右；為驗證所選定的P I D 與前饋復合控制參數(shù)組合的正確性，開展輕型武器站路面行駛穩(wěn)定搜索控制試驗，通過直角

7、轉(zhuǎn)彎和轉(zhuǎn)S 彎工況下M I M U ／G P S 組合導航系統(tǒng)的測量，表明方位軸和俯仰軸穩(wěn)定搜索誤差均小于O ．0 9 。，驗證了通過試驗確定控制參數(shù)的P I D 與前饋復合控制方法具有較高的穩(wěn)定搜索控制精度。( 5 ) 針對位置跟蹤控制的機械力學量變化，將反推控制算法與滑模控制算法的優(yōu)點相結(jié)合，提出了基于不確定性上界估計的反推滑模位置控制方法。利用自由度因子調(diào)整控制參數(shù)，減小參數(shù)攝動與外部干擾的影響，設計自適應律在線估計系統(tǒng)不確定性上