基于自抗扰技术的火箭炮伺服系统解耦控制

火箭炮伺服系统为方位和俯仰两轴耦合的伺服系统。为研究发射时的两轴耦合问题及燃气流冲击强干扰影响,建立了火箭炮伺服系统双轴转台动力矩方程和耦合系统微分方程,采用基于自抗扰技术的解耦控制方法设计了扩张状态观测器及虚拟控制量。通过扩张状态观测器估计系统总扰动并进行实时补偿,通过虚拟控制量得到实际控制量对耦合系统进行控制。仿真结果表明,基于自抗扰技术的解耦控制提高了火箭炮伺服系统跟踪精度,使系统在两轴负载转矩耦合效应和燃气流冲击下有效地抑制了发射平台振动,满足控制性能指标,对火箭炮两轴耦合控制问题具有一定的理论意义和实用价值。     

基于非奇异终端滑模观测器的火箭炮系统控制

针对火箭炮位置交流伺服系统转动惯量变化范围大,燃气流冲击力矩强等特点,建立发射动力学与电气耦合模型,研究火箭炮在伺服系统闭环状态下调炮、射击时位置控制系统控制特性。在系统位置控制中引入了非奇异终端滑模观测器,在火箭炮射击等情形下,对火箭炮系统外部干扰项进行估计,削弱控制量抖振,提高传统滑模控制方法对于外界干扰的鲁棒性。通过仿真计算与结果对比,所提控制方法鲁棒性强于传统滑模控制,控制精度优于PID控制。     

火箭炮自动操瞄系统动态滑模控制

火箭炮自动操瞄系统包含俯仰/方位子系统,两子系统联动时存在轴间耦合非线性力矩,影响到系统的控制精度,甚至使得系统发散。针对上述特性,对系统进行输入输出解耦线性化,并在此基础上引入动态滑模控制方法,设计火箭炮操瞄系统位置控制器,实现火箭炮高精度操瞄。文中仿真对比了传统滑模与动态滑模控制方法的控制特性,结果表明,动态滑模控制方法优于传统滑模控制方法,能够高精度、快速平稳的实现自动跟踪。     

基于复瞄的某火箭炮位置伺服系统研究

火箭炮在发射状态时存在燃气流冲击力矩等强干扰,使得发射后炮管偏离初始位置,故提出基于复瞄的火箭炮伺服系统控制。以火箭炮伺服系统为对象,建立系统数学模型,在此基础上运用自抗扰理论设计了非线性扩张状态观测器及相应的控制律,来减弱燃气流等强扰动对系统发射精度的影响,提高火箭炮的复瞄速度与精度。数字仿真结果显示,系统具有良好的跟踪性能,并且在燃气流冲击等干扰下能够很快返回初始位置,证明了该方法的有效性。     

火箭炮位置伺服系统自抗扰控制

针对火箭炮发射时燃气流冲击干扰强和系统参数变化大的特点,以含有速度闭环的实际伺服系统为对象,建立系统模型并进行频域分析,建立了系统的低频和中频近似模型,并在此基础上分别设计了火箭炮位置伺服系统2阶和3阶线性扩张状态观测器及相应的自抗扰控制律,估计系统未建模干扰并在控制输入中予以补偿。比较分析了设计的自抗扰控制律和传统PID控制在伺服跟踪和燃气流冲击干扰下的控制效果。仿真结果表明,火箭炮伺服系统采用提出的控制方法能有效提高跟踪精度,充分抑制燃气流冲击干扰引起的发射平台振动,保证后续射弹命中精度。     

基于扩张状态观测器的火箭炮耦合系统反步控制

针对存在参数摄动、冲击力矩大的火箭炮位置伺服系统的控制问题,建立了火箭炮位置伺服系统的机电耦合模型,基于扩张状态观测器提出了一种反步控制策略。该方法运用扩张状态观测器以实时估计控制系统的外界负载扰动,选择合适的Lyapunov函数,得到了使系统跟踪误差有界的调整策略。仿真和试验结果表明,该方法不仅保证了系统的静、动态特性,而且对参数摄动具有较强的鲁棒性。研究结果为进一步完善控制器理论结构及实践应用提供了参考依据。     

带积分项的火箭炮最优化滑模伺服控制

针对某防空火箭炮交流位置伺服系统负载、参数大范围变化以及发射时具有强干扰力矩的特点,提出了带积分项的基于最优化的滑模变结构控制方法并设计了控制器。计算机仿真结果表明,该控制器不仅消除了经典控制所存在的静差,同时对负载扰动和系统参数摄动具有较强的鲁棒性,并保证了系统的瞬态性能指标。     

强冲击载荷下火箭炮位置伺服系统跟踪控制

针对火箭炮位置伺服系统,提出了一种基于干扰估计的鲁棒跟踪控制策略。考虑火箭炮运行过程中存在的系统参数摄动和复杂外干扰,将两者归为总干扰,采用有限时间干扰观测器对其进行了有效的估计,在此基础上进一步设计了基于指令信号的鲁棒反馈控制器,该控制器中使用指令及指令的导数代替状态反馈信息,从而避免了测量噪声带来的不良影响。通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,系统能够实现优良的跟踪性能,验证了控制器和有限时间干扰观测器的有效性。     

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。     

基于神经网络观测器的水下拖体输出反馈姿态控制

针对水下拖体俯仰姿态控制系统设计时无法精确建模、模型具有强烈非线性和不确定性以及不可测外界干扰和角速度等问题,设计了一种基于观测器的补偿控制系统。该系统中两个神经网络独立对动态非线性模型进行在线辨识,分别配合状态观测器和补偿滑模控制器完成对系统状态变量的实时观测与补偿控制。在观测器中加入鲁棒项抑制附加干扰,设计了两种自适应权值更新律以及一种映射修正自适应律以保证系统的稳定性。经Lyapunov理论证明,在满足一定条件下,系统的观测与控制误差均为最终一致有界。仿真和实验结果表明,所设计的补偿控制系统具有良好的自适应性和鲁棒性。     

基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制

针对弹丸协调器电液伺服系统中存在非匹配不确定性和参数不确定性问题,提出一种基于干扰观测器的自适应滑模控制策略。采用干扰观测器估计系统中的非匹配不确定性,通过Lyapunov稳定性理论证明干扰观测器的稳定性,并将其引入新型积分滑模切换函数的设计中,使控制器能够对非匹配不确定性提供有效补偿,提高控制精度。为了降低系统参数不确定性的影响,在滑模控制器设计中引入自适应律以保证控制器的动态性能,并对控制器的全局稳定性进行了证明。实验结果表明：采用的干扰观测器和自适应律能够准确描述系统特性;基于干扰观测器的自适应滑模控制器能够满足期望轨迹的跟踪要求,使设计的控制器在不同工况下均具有较好的动态跟踪特性和稳态精度,并具有较强的鲁棒性。     

行进间火炮指向稳定跟踪系统建模与控制

为使行进间火炮指向具备高射角条件下的稳定跟踪能力,提出了一种采用捷联惯性导航系统（SINS）测量火炮身管轴线指向,同时测量火炮身管运动角速率,完成火炮在大地坐标系下的稳定跟踪控制方法。稳定系统采用传统的三环控制,将系统的位置环和速度稳定环的主令和反馈都统一至大地坐标系下,SINS作为系统的位置环反馈,其航向和姿态测量值基于大地坐标系下完成解算。将安装在火炮上的SINS陀螺组测量值转换至大地坐标系下的火炮方位回转角速率和高低俯仰角速率,并乘以各自传动机构的传动比后,作为速率稳定环的反馈,实现速率稳定控制。考虑炮塔、火炮回转中心与重心不重合、载体处于六自由度运动状态等因素,采用Lagrange方法建立火炮、炮塔与载体之间动力学耦合模型,结合SINS测量模型、双电机拖动和电机伺服系统控制模型,对该控制方案进行了仿真验证。验证结果表明,火炮指向稳定跟踪系统实现方位和高低两个通道独立控制,使火炮指向在高角下保持高精度的稳定控制,在一定射角范围内具有良好跟踪性能,能够克服较宽频带载体姿态干扰,明显优于传统高炮位置解算式稳定。     

某全闭环操瞄系统的火炮身管指向控制研究

某履带式自行火炮的操瞄系统采用捷联惯导系统（SINS）测量火炮身管指向进行瞄准,使得高低伺服和方向伺服存在控制耦合,瞄准性能易受车体姿态影响。根据车体坐标系下的全闭环操瞄系统控制模型,对被控模型进行等效变换,得到平动坐标系下含非匹配不确定干扰的伺服被控模型,将原有的耦合干扰、建模误差等转换为各伺服分系统的外扰,分别对伺服分系统设计自抗扰控制器。自抗扰控制器可对外扰进行观测,并在非线性状态误差反馈控制器中进行补偿,克服外扰造成的伺服系统超调。在车体初始姿态分别为水平和倾斜6°条件下进行仿真,结果表明：与采用自适应滑模变结构控制相比,采用自抗扰控制策略的伺服瞄准系统实现了平稳、精确瞄准,超调小,有效地抑制了非匹配不确定干扰,且控制器输出平滑。     

机载光电稳定平台的强鲁棒性滑模变结构控制

为使机载光电稳定平台系统在复杂环境下仍具有强鲁棒性,建立光电稳定平台数学模型.以两轴四框架光电吊舱为研究对象,通过分析噪声干扰及本身结构参数的变化对光电稳定平台的影响,提出基于干扰观测器(disturbance observer,DOB)的滑模控制器设计方案.理论推导和仿真结果表明:滑模变结构控制(sliding mode variable structure control,SMVSC)对干扰力矩和摄动完全适应,对系统结构参数变化和外界扰动具有良好的鲁棒性;比无干扰观测器的控制系统,拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,能增强光电稳定平台的抗扰动能力.     

基于粒子群优化的某车载火箭炮自抗扰控制

针对车载火箭炮行进间的PID 控制方法存在动态性能的限制,提出一种自抗控制器的设计。针对自抗扰 控制器(active disturbance rejection control,ADRC)模块中存在众多且不便确定的参数这一问题,利用粒子群优化算 法(particle swarm optimization,PSO)较强的寻优能力,对扩张状态观测器的参数进行优化,并优化控制系统。仿真 结果表明：基于该控制方法的伺服系统稳定性显著提升,提高行进间火炮的控制精度与动态性能。     

基于WNN-ADRC 的高炮交流伺服系统控制

为解决高炮交流伺服系统控制中外界扰动及非线性特性的问题,提出一种基于小波神经网络的改进型自 抗扰控制器(WNN-ADRC)。利用LM(levenberg-marquardt)算法优化小波神经网络,采用优化后的小波神经网络对 扩张状态观测器的误差校正增益系数进行在线整定,设计基于小波神经网络的自抗扰控制器,以实现对非线性特性 的准确估计并予以补偿,并通过仿真实验进行验证。仿真结果证明：该控制策略使系统具有较好的稳态性能,抗干 扰能力强。     

潜望式激光通信终端的扰动抑制与动态跟踪方法

潜望式激光通信终端系统内部执行机构的力矩脉动以及外部扰动等因素,会影响通信链路建立过程中伺服系统的跟踪精度与稳定性。为提高伺服系统的抗干扰能力与跟踪性能,采用降低执行结构的力矩波动、提升系统运行速度平稳性的方法,对系统的低速平稳性以及动态跟踪过程进行测试和分析;通过通信终端控制系统的动态跟踪实验,验证控制策略的有效性。实验结果表明：在最大速度为0.131°/s、最大加速度分别为0.137°/s²、0.329°/s²的平台扰动条件下,方位轴和俯仰轴的粗精复合跟踪精度都可以达到2 μrad以内,验证了通信终端伺服系统的抖动抑制能力及其系统的动态跟踪性能。