半实物炮控仿真系统的设计

采用半实物实时仿真的方案设计了坦克炮控仿真系统,该系统由仿真计算机、仿真控制器、炮控计算机以及部分炮控系统部件组成,可以实现静态测量、稳定状态、跟踪与调炮状况的仿真。建立了炮控系统的仿真模型,进行了仿真系统运行剖面和仿真用例的设计。在大量实车测试和理论分析的基础上建立了火炮干扰力矩仿真数据库,仿真结果与实车测试结果对比表明,对不同路面不同速度下火炮运动的仿真都达到了满意的要求,较真实地反映了坦克炮控系统的动态特性。它除可为现有炮控系统进行仿真实验外,还可成为新型炮控系统研制中进行算法研究、性能实验的仿真平台。     

坦克炮控系统非线性建模与运动性能分析(Ⅰ)

炮控系统是坦克火力控制主线的末端,其性能直接影响到坦克火力的发挥。由于其内部存在齿圈间隙、弹性形变、摩擦力矩、参数摄动和外界扰动等不确定非线性因素,造成炮控系统出现稳态"牵移",驱动死区、延时与振荡、低速"爬行"和高速调炮"超回"等一系列问题,成为制约系统性能进一步提升的主要因素。通过分析炮控系统的结构和各种非线性因素及其规律特点,建立了炮控系统非线性数学模型;在此基础上,开展炮控系统运动性能的理论分析和试验研究,探讨了各种非线性因素对系统性能的影响,为炮控系统分析、设计与非线性补偿控制、进一步提高系统战技指标和充分发挥坦克火力性能提供理论依据和试验基础。     

某步行小口径山地炮射击稳定性分析

为了缩短开发周期、降低开发成本,在某步行小口径山地炮的概念设计阶段就采用分析软件进行辅助分 析。分析某步行小口径山地火炮的工作机理和火炮的拓扑结构图,经过一定的简化,用专业的三维建模软件建立该 炮的全炮模型,进行动力学仿真,对步行无人火炮施加不同大小的后坐力,测试得到在相应的炮口扰动值,并对比 其他同口径火炮,考量其射击精度。仿真结果表明：该步行小口径无人山地炮射击精度良好,可对新型步行小口径 步行无人火炮的设计和研制提供参考。     

数字全电式坦克炮控系统研究现状与发展

为提高系统战技性能、可靠性和信息化水平,适应高机动复杂条件作战要求,数字全电式坦克炮控系统成为世界各国努力发展的方向。介绍了全电式炮控系统的概念、特点与结构;在此基础上,从动力系统和控制系统两个方面回顾了近年来国内外在炮控系统全电化及其数字控制方面的研究进展;分析了未来炮控系统的发展趋势。分析表明,如何进一步提高系统控制性能和智能化程度,实现快速随动和精确打击将成为炮控系统研究的重要课题。最后,以其为研究主线提出并探讨了高精度无间隙传动技术,软开关功率变换技术,系统控制策略与智能化等技术途径,为炮控系统论证分析、研制设计以及改造升级等研究提供理论借鉴和技术参考。     

坦克全电式炮控系统低速分析和控制

针对坦克全电式炮控系统中存在的非线性摩擦力矩,采用状态变量法和分段线性法分析了其对坦克全电式炮控系统低速性能的影响。结合分析结果,设计了负载观测器,对系统的负载变化进行观测计算,并将观测值引入电流调节器,以补偿由于负载变化对系统造成的影响。仿真和实验表明采用负载观测器能有效减少“爬行”现象,提高系统的低速平稳性能。为改善坦克全电式炮控系统低速性能提供一种可行的设计方案。针对坦克全电式炮控系统中存在的非线性摩擦力矩,采用状态变量法和分段线性法分析了其对坦克全电式炮控系统低速性能的影响。结合分析结果,设计了负载观测器,对系统的负载变化进行观测计算,并将观测值引入电流调节器,以补偿由于负载变化对系统造成的影响。仿真和实验表明采用负载观测器能有效减少“爬行”现象,提高系统的低速平稳性能。为改善坦克全电式炮控系统低速性能提供一种可行的设计方案。     

火炮倾斜扰动补偿方法

为了补偿火炮倾斜扰动转矩,提出一种基于姿态传感器数据的实时补偿方法。该方法利用火炮姿态传感器数据计算扰动力矩,然后根据扰动力矩调节火炮伺服系统力矩电流,并在某火炮伺服系统中进行验证及结果分析。实验结果表明,该方法能有效补偿火炮倾斜对伺服系统的影响,提高伺服控制精度。     

远程火炮弹丸起始扰动的动力学特性

为研究远程火炮射击时弹丸起始扰动的形成机理,基于凯恩动力学方法建立火炮动坐标系下弹丸动力学模型。基于该模型提出火炮运动环境下的弹丸运动描述方法,给出弹与炮相互作用力和力矩的表达式。结合工程实际,对弹丸在发射过程中运动规律进行理论研究。通过仿真验证弹与炮间隙、弹丸质量偏心、膛内火药气体泄漏以及身管弯曲、身管弹性振动和炮架跳动对弹丸起始扰动的影响。结果表明：膛内火药气体泄漏会造成弹丸膛内运动异常,产生恶劣的起始扰动;身管弯曲和身管弹性振动对起始扰动有明显影响,炮架跳动对弹丸膛内运动及起始扰动影响不是很大;研究成果可为改进远程火炮设计和提高射击精度提供重要理论参考依据。     

炮塔转动阻尼系数试验测试技术

炮塔转动存在阻尼,该阻尼不仅影响火炮随动系统特性,也影响火炮结构动力学特性.为了研究火炮炮塔转动阻尼系数,提出了一种炮塔转动阻尼系数实验测试原理和方法,利用支撑炮塔的底盘作为测试平台,解除方向机约束,使炮塔形成惯量弹簧系统,在外界初始扰动下,炮塔发生自由衰减振动,通过测试该自由衰减振动曲线,并进行数据处理,得到炮塔转动阻尼系数.为了验证上述原理和方法的准确性,设计了模拟炮塔试验装置,进行了其转动阻尼系数实验测试.结果表明,该原理和方法可以用来测量炮塔转动阻尼系数且测量精度可以满足使用要求.利用此原理和方法,完成了某自行火炮实际炮塔转动阻尼系数实验测试,得到了该炮炮塔的阻尼系数测试值.     

某型轮式火炮炮控系统的角位移测量技术

介绍了火炮炮控系统主要静态参数的测试方法，并对测试系统的组成与工作原理进行了分析，重点讨论了角位移测量原理及实现方法，技术实现中主要解决了目标图像分割、角位移量计算、运动停止检测等问题，通过分析得出一个切实可行的角位移测量方案．     

影响弹丸起始扰动的火炮结构参数灵敏度分析与优化研究

弹丸起始扰动对火炮射击精度有重要影响,为了减小弹丸起始扰动,建立了某大口径轻型牵引炮弹炮耦合全炮动力学参数化有限元模型,由弹丸出炮口时刻弹丸的角位移、角速度表征弹丸起始扰动,构建优化目标函数,对火炮结构参数的影响程度进行灵敏度分析;同时利用径向基神经网络近似模型方法对弹丸起始扰动进行优化研究。结果表明,摇架臂板厚对弹丸起始扰动影响显著,优化后弹丸出炮口时刻弹丸角位移和角速度均明显减小。该结果可为火炮结构设计提供理论依据。     

基于LABVIEW 的坦克炮伺服控制系统测试平台研究

针对坦克炮伺服控制系统中存在环境干扰、被控对象内部参数不确定性的问题,研发了一套坦克炮伺服控制测试平台.描述了该测试平台的工作原理和系统结构,设计以火控计算机、数据采集卡为系统核心的电流环、速度环、位置环三闭环控制系统,采用神经网络PID控制算法对参数进行实时整定,利用LABVIEW软件实现上位机的数据采集、各模块通信与神经网络PID控制,并进行了测试实验.实验结果表明:该测试平台能满足坦克炮伺服控制系统测试要求.该系统具有较强的适应性和鲁棒性.     

基于扰动观测器的炮控系统自适应鲁棒控制

针对坦克快速运动过程中火炮控制系统存在一系列复杂的非线性问题,提出一种自适应鲁棒控制方法。 结合自适应控制智能优化自身参数的特点和鲁棒控制的稳定性特点,通过设计一种能够实时准确测定扰动项扰动观 测器加入到控制策略中,从而精确补偿扰动。仿真结果表明：该控制策略能较好地提升炮控系统的抗干扰能力和稳 定性,有效提高坦克行进间的射击精度。     

自抗扰控制在坦克机动目标状态估计中的应用

在以坦克火控系统为代表的一类状态不确定系统应用中，作为系统输入的目标运动特性是未知的，并且对目标的观测存在较大噪声。如何基于控制过程辨识出输入信号特性，是状态估计理论在实际应用中的一种特殊情况。利用自抗扰控制( ADRC)能够实时估计和补偿系统扰动的能力，将目标运动视为外界扰动，从而辨识出目标运动速度，并将ADRC的滤波特性用于目标运动的状态估计。实验表明，与传感器测量、Kalman滤波方法相比，无需额外的速度传感器件，运动状态估计更为精确、快速。     

基于自适应鲁棒控制的坦克俯仰系统建模与仿真

为准确描述坦克行进间的火炮俯仰系统,利用动力学软件RecurDyn建立了坦克行进间多体系统动力学模型,并通过仿真与试验初步验证了模型的可信性。对以永磁同步电机(PMSM)为执行机构的火炮俯仰系统进行了动力学建模分析,并建立了火炮俯仰系统的数学模型。在此基础上,针对传统三环结构控制效果不佳的问题,设计了火炮俯仰位置伺服系统自适应鲁棒控制器,以及对系统扰动进行反馈补偿的干扰观测器,完成了控制器的稳定性分析,并建立了火炮俯仰系统控制模型。最后,通过接口模块实现了坦克俯仰系统的联合仿真。仿真结果表明:本文建立的坦克行进间多体系统动力学模型具有一定的合理性,设计的火炮俯仰位置伺服系统控制策略具有较好的阶跃响应和瞄准稳定性能以及较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于遗传算法的无人水下航行器深度自抗扰控制

根据无人水下航行器（UUV）操纵控制过程的特点,设计了一种基于遗传算法的UUV深度自抗扰控制器（ADRC）。针对ADRC控制器控制参数较多的问题,将其参数设计转化为一种辨识问题。借助遗传算法,对UUV深度控制系统中的ADRC控制参数进行了辨识,并对其在无外界干扰和近水面航行受波浪力干扰两种情况下的深度控制进行了仿真。数值仿真结果表明,ADRC控制可以获得较好的深度保持性能,并且具有较强的抗干扰能力。与PID控制相比,ADRC控制的操舵幅度和操舵频率有了明显降低,其控制品质有了明显提高。     

坦克炮控系统定型试验用新型施力系统动态性能研究

在坦克炮控制系统定型试验中,按照常规兵器定型试验方法的要求,需要在坦克火炮身管施加规定大小与规定形式的力。通过测量受力后火炮与炮塔的运动参量,计算出炮控系统的性能参数,为坦克炮控系统能否定型提供依据。提出了利用电动缸与力传感器结合完成施力测量控制的新方法。设计了基于计算机技术的施力测控系统及其单通道力控制模拟实验台。对新型施力系统的动态性能进行了实验研究,结果表明新型施力系统的动态性能满足用户使用要求。     

基于扩张状态观测器滤波的坦克炮控系统模型参考自适应控制

坦克炮控系统是一类不确定、非线性的复杂系统。针对其在低速运行时产生“爬行”、振荡等的问题，依据扩张状态观测器(ESO)滤波和Popov超稳定理论，提出了一种基于ESO滤波的模型参考自适应控制方法。研究了坦克炮控系统的数学模型，给出了基本假设，设计了ESO滤波器和模型参考自适应控制器，并证明了其稳定性，最后通过仿真验证了该方法的有效性。仿真结果表明，该方法有效地消除了系统的末建模动态及外界扰动的影响，增强了系统的快速性，解决了系统的低速“爬行”问题，改善了系统的稳态性能，为炮控系统实际设计提供了一个可行的解决方案。