輕型武器站跟蹤瞄準(zhǔn)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(xué)位論文 輕型武器站跟蹤瞄準(zhǔn)與發(fā)射控制研究摘 要論文以輕型武器站為研究對(duì)象，以提高

3、武器站作戰(zhàn)效能為目標(biāo)，針對(duì)行進(jìn)機(jī)動(dòng)過程的路面隨機(jī)干擾、跟蹤瞄準(zhǔn)過程的機(jī)械力學(xué)量變化和連續(xù)射擊過程的發(fā)射載荷擾動(dòng)等動(dòng)力學(xué)特性影響，采用理論、仿真和試驗(yàn)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(yīng)控制的理論與方法研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。學(xué)位論文主要開展以下幾個(gè)方面的研究工作：( 1 ) 利用多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，建立輕型武器站動(dòng)力學(xué)模型；根據(jù)電機(jī)原理與控制理論，推導(dǎo)武器站電氣部分的數(shù)學(xué)方程，采用P I D 與前饋復(fù)

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?jǐn)?shù)值仿真模型中嵌入多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，建立起輕型武器站動(dòng)力學(xué)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(jìn)機(jī)動(dòng)、跟蹤瞄準(zhǔn)和連續(xù)射擊等過程，針對(duì)各過程分別具有的路面隨機(jī)干擾、機(jī)械力學(xué)量變化和發(fā)射載荷擾動(dòng)等動(dòng)力學(xué)特性影響，開展輕型武器站動(dòng)力學(xué)與跟蹤控制的聯(lián)合仿真，揭示了武器站負(fù)載和慣量等動(dòng)力學(xué)特性變化對(duì)跟蹤精度的影響、對(duì)電機(jī)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(dòng)力學(xué)與響應(yīng)控制的聯(lián)合仿真，聯(lián)合仿真與射擊試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比表明，槍口加速度和身管位移的相對(duì)誤差均小于1 0 ％，驗(yàn)證了發(fā)射動(dòng)力學(xué)與響應(yīng)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(lì)磁電路模塊等電路設(shè)計(jì)，構(gòu)建輕型武器站試驗(yàn)樣機(jī)，為穩(wěn)定搜索控制、位置跟蹤控制和發(fā)射響應(yīng)控制的試驗(yàn)研究工作奠定基礎(chǔ)。( 4 ) 針對(duì)穩(wěn)定搜索

6、控制的路面隨機(jī)干擾，提出了通過試驗(yàn)確定控制參數(shù)的P I D 與前饋復(fù)合控制方法，完成各系數(shù)對(duì)控制效果影響的試驗(yàn)研究，確定P I D 與前饋復(fù)合控制的具體模型；針對(duì)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(yàn)證所選定的P I D 與前饋復(fù)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(yàn)，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(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)量，表明方位軸和俯仰軸穩(wěn)定搜索誤差均小于O ．0 9 。，驗(yàn)證了通過試驗(yàn)確定控制參數(shù)的P I D 與前饋復(fù)合控制方法具有較高的穩(wěn)定搜索控制精度。( 5 ) 針對(duì)位置跟蹤控制的機(jī)械力學(xué)量變化，將反推控制算法與滑?？刂扑惴ǖ膬?yōu)點(diǎn)相結(jié)合，提出了基于不確定性上界估計(jì)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(dòng)與外部干擾的影響，設(shè)計(jì)自適應(yīng)律在線估計(jì)系統(tǒng)不確定性上