干扰速率补偿式火炮线自稳定跟踪控制建模与仿真

为适应动基座、高射角条件下火炮高精度的稳定跟踪控制的需求,提出一种基于大地坐标系下干扰速率补偿式火炮线自稳定控制方法,以有效抑制自行火炮车体姿态扰动对火炮线指向的影响。根据指向稳定的火炮线在动基座上的运动规律,设计新的干扰速率测量陀螺安装方式,推导在大地坐标系下的方位向和高低向干扰速率解耦补偿值,并在传统的高炮随动基础上应用干扰速率前馈补偿,实现火炮线自稳定和控制解耦。由于火炮稳定只涉及炮塔回转、火炮俯仰两个自由度且都存在偏心矩等因素,采用牛顿-欧拉法建立运动车体与火炮、炮塔之间的动力学模型,并考虑传动机构的刚度和齿隙的非线性,结合执行电机模型和经典闭环控制,以车体航向、俯仰、横滚各幅值为7°,周期为2 s的三轴复合摇摆条件,分别对该控制策略在忽略弹性、考虑动弹性的两种情况下对该控制策略进行仿真研究。仿真结果表明,所提稳定控制方法实现了稳定射角不低于60°,在传动弹性条件下的稳定误差不大于0.5 mrad,正弦稳定跟踪误差不大于2.8 mrad,同时实现了高低向和方位向的的控制解耦,为火炮线高响应、高精度稳定控制提供了新的研究思路和方法。     

自行火炮行进间动力学模型及仿真研究

本文采用多刚体系统动力学综合技术对自行火炮在行进过程中的运动和受力进行了分析,以自行高炮为例,将系统划分为车体、炮塔、火炮、跟踪平台回转体和跟踪平台俯仰体等五个刚体,各刚体之间存在相对运动,整个系统由悬挂装置和履带弹性支撑在地面上.自行火炮系统具有七个自由度,建立了系统动力学模型,其中动力学方程的最终形式可由程式化软件来完成.对自行火炮在搓衣板型和麻花型路面上行驶时的动力学特性进行了仿真分析,得到了车体俯仰和滚转的运动规律.研究成果对于自行火炮总体设计和运动性能评估具有重要的参考价值.     

坦克炮发射角对炮塔座圈动力学行为及其润滑性能的影响

坦克炮不同发射角下炮塔座圈受到来自多方向力和力矩以及强冲击载荷的联合作用,加之润滑脂非线性流变特性的影响,引起其动力学行为和润滑性能的动态演变,进而显著影响坦克炮射击精度和工作性能。考虑不同发射角的影响,开展炮塔座圈受力分析、接触半径分析和运动分析,通过动力学仿真获得不同发射角下炮塔座圈最大接触载荷分布规律。建立融合动力学及弹流润滑理论的炮塔座圈接触润滑性能分析模型,研究不同发射角、载荷、流变指数等因素影响下炮塔座圈接触微区油膜压力和油膜厚度变化规律。结果表明：随着载荷的增大,油膜压力逐渐增大而油膜厚度减小;随着流变指数的增大,油膜二次压力峰变得明显且油膜厚度增大;随着发射角的增大,最大油膜压力呈增大趋势,最小油膜厚度呈减小趋势;在特定的打击能力（后坐力）指标下发射角为俯角时炮塔座圈具有更好的工作性能。     

不规则波作用下回转体出水过程数值研究

为研究波浪环境对跨介质回转体出水过程受力及运动的影响,基于P-M谱模拟了半球头回转体在不规则波条件下的出水过程,获得了回转体受力特性与运动特性。结果表明：回转体所受法向力主要来源于柱段中部不对称压力分布,所受俯仰力矩主要来源于头部和柱段尾部的不对称压力分布;回转体质心水平位移和俯仰姿态的方向与回转体遭遇的波峰波谷演化阶段相关,而量值与回转体遭遇的波峰波谷高度差相关。     

船载转塔装置随动系统动力学建模与仿真

为定量分析船载转塔装置（STE）随动控制过程中随动力矩的影响因素,应用坐标变换原理和拉格朗日动力学方程,建立了STE随动系统运动学和动力学模型。针对不同摇摆角和目标运动状态,对STE随动过程进行动力学仿真,定量分析了摇摆角及目标运动对随动力矩的影响。仿真结果表明：随着摇摆角幅值和周期的变化,随动力矩呈现线性变化趋势,且周期的影响更加明显;摇摆角幅值每增加1°,方位轴、俯仰轴随动力矩分别增加约12%、2%;周期每增加1 s,方位轴、俯仰轴随动力矩分别减小约28%和6%。摇摆角之间的相位间隔对随动力矩的影响具有复杂性,需要对不同相位区间进行分析。相对于静止状态,目标运动会引起随动力矩的增大,且加速度对随动力矩的影响更加明显。     

坦克炮总体结构参数分析

影响坦克炮射击精度的主要因素之一是火炮振动,起关切作用的振动分量是在弹丸出炮口瞬间炮口振动角位移和横向线速度,为提高坦克炮射击精度,本推崇“对称布置”和“初期自由后坐”的总体设计思想,使火炮射击时炮身和摇架所受的力矩尽量减沣,同时使炮塔和车体在弹丸出炮口前的受力也尽量减小,从而减小了炮身的振动,也减小了炮塔和车体的夺动,这对提高坦克炮射击精度将是十分有利的,本运用动力学分析计算方法,阐明有关总体结构参数对坦克炮射击精度的影响。     

基于Simulink 的上反射镜稳定系统建模与仿真

针对步兵战车在行进过程中,因车体发生俯仰或者水平振动而导致瞄准线偏离瞄准目标,从而影响最终射击精度的问题,建立一种上反射镜稳定系统模型。通过分析上反射镜稳定系统的组成及工作原理,利用Matlab/Simulink模块建立上反射镜稳定系统数学模型,并通过摇摆仿真试验对该模型的战技指标进行仿真验证。仿真结果表明:该模型满足上反射镜稳定系统的技术指标要求,是有效、可信的,能为下一步研究步兵战车行进间的射击精度打下良好的基础。     

基于ADAMS的多管火箭炮动力学仿真分析

基于虚拟样机技术,研究多管火箭炮武器系统加装缓冲装置发射时期的动力学特性。根据火箭炮系统的几何模型简化出适合动力学仿真的物理模型,在ADAMS软件平台下建立系统仿真样机,编制仿真发射程序,对比有无缓冲装置条件下火箭炮系统的俯仰轴和方位轴所受冲击扰动力矩和底座的受力的情况,为多管火箭炮系统的设计和试验提供参考数据,有效缩短火箭炮系统开发周期,节省研制经费。     

战车捷联惯导系统的多功能兼容机理分析

利用惯导测量信息的多功能兼容机理,可稳定瞄准线并控制火炮.将瞄准线稳定器载体坐标系下的扰动角速度反馈到控制器,使反光镜作方向相反、幅值相等的运动,保持瞄准线的角速度为0,即可实现隔离扰动.用复合控制把惯导系统测量的炮塔俯仰转动角速度(扰动角速度)反馈到控制前端,进行预先补偿,可保证小的瞬态误差和系统的稳定性.     

固定鸭舵修正弹非线性与非定常气动数值模拟

为准确获得某固定鸭舵修正弹的气动特性,利用CFD数值计算方法对该弹的流场进行数值模拟,采用密度基隐格式与滑移网格技术,计算弹丸在静态、转动和慢圆运动下各项力和力矩的气动系数。仿真结果表明:该弹的升力系数与俯仰力矩系数的非线性气动特性与一般旋转稳定弹不同,俯仰力矩系数非线性项在亚声速区域为正值,超声速区域为负值; 该弹修正组件所受导转力矩系数在跨声速段随攻角的变化较为剧烈,在非跨声速段的变化较为平缓; 全弹的升力和俯仰力矩与修正组件滚转角、全弹进动角和进动速率都有关。     

火箭运动的非线性动稳定判据

本文详细地讨论了非线性马格努斯力矩、赤道阻尼力矩和俯仰力矩对火箭运动的影响;引入非线性动稳定因子概念,并利用它给出火箭13种稳定运动的条件。本文给出的近似解析解可以作为根据射击试验测试的攻角数据求气动力系数的理论模型。     

某轻型自行火炮间瞄控制方法研究

间瞄射击是自行火炮的主要作战方式。为解决某轻型自行火炮与同系列自行火炮的结构差异带来的间瞄控制问题,研究了该轻型自行火炮的间瞄控制方法。该方法以3D弹道模型为基础进行诸元解算求解出射击装定诸元;然后根据坐标系之间的旋转关系进行操瞄解算,结合车体航向角、俯仰角、横滚角和火炮方位角求解出炮塔的航向角,进而结合射击装定诸元和炮塔航向角、俯仰角、横滚角求解出调炮诸元。试验结果表明,此间瞄控制方法适用于该轻型自行火炮,解算精度、调炮精度、系统反应时间与同系列自行火炮相当,该方法有效解决了该轻型自行火炮的结构特点带来的间瞄控制问题。     

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。     

火箭炮两轴耦合位置伺服系统线性自抗扰控制

为了研究方位和俯仰两轴耦合作用下的火箭炮位置伺服系统控制性能,以含有速度闭环的实际系统为对象建立了火箭炮两轴耦合位置伺服系统数学模型。通过频域分析分别提出了方位和俯仰系统的2阶近似模型,设计了两轴系统的线性扩张状态观测器和自抗扰控制器,对系统未建模干扰进行估计并实时补偿。仿真结果表明：该观测器能较好地估计系统总扰动,所设计的控制器有效抑制了两轴负载力矩耦合效应对系统的影响并补偿了火箭炮发射时燃气流冲击力矩强干扰;在伺服跟踪和发射条件下采用所提出的控制方法充分抑制了耦合系统发射平台振动,保证后续射弹精度,性能指标明显优于PID控制。     

无翼式布局制导火箭弹俯仰操纵气动特性

为了研究某无翼式布局制导火箭弹进行俯仰操纵时非线性气动特性对弹箭操纵性的影响,通过模型风洞试验和数值计算相结合的方法,分析了不同马赫数、舵偏角和攻角等因素对该火箭弹气动特性的影响。对模型进行超声速风洞试验,试验结果表明,俯仰操纵负舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先增大后减小,正舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先减小后增大。采用ANSYS FLUENT对不同工况下该弹气动特性进行数值计算,计算结果表明,得到的俯仰力矩与风洞实验结果吻合较好,最大误差仅为4.6%。各部件气动特性分析结果表明:弹身的压心在负舵偏角时前移,正舵偏角时后移; 上尾舵受弹身干扰影响法向力效率降低; 负舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角减小,正舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角增大; 各部件共同作用下弹箭气动特性呈非线性。     

两轴制射击线间接稳定系统稳定有效性分析

从数学的角度分析自行高炮以两轴制间接稳定方式稳定射击线的局限性,并以实验验证其理论分析的正确性,给出补偿角与车体摇摆角之间的关系.     

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。     

摇臂悬挂机动平台运动姿态调节最优控制研究

摇臂悬挂机动平台运动自由度多且运动姿态调节复杂,以机构运动学控制为主的运动控制方法,不能准确描述驱动关节力矩与车体轨迹和姿态的关系。基于质心动力学模型和二次规划方法,建立了一种适用于轮腿复合移动类型车辆整体运动姿态调节的通用动态优化控制框架;以基于动力学模型的二次规划方法为主,结合系统逆运动学控制,实现了对车轮地面反作用力的直接控制。利用上述控制方法,对机动平台的侧倾、俯仰、联合姿态调节及其在颠簸路面下的应用进行仿真。结果表明,该动力学运动姿态调节动态优化控制方法能够满足实时性和控制精度的需求。     

多联装高射速自动机后坐力特性分析

为对发射装置施加控制力矩从而提高射击精度,建立多联装自动机系统的动力学模型。主要研究在内外能源共同作用下的多联自动系统后坐力动态响应情况,分别对两门转管自动机在击发位置相同、相差30°和60°3种模式进行连发射击动力学仿真,并通过分析对比3种模式下的后坐力及扭转力矩变化趋势。结果表明：抵消扭转力矩和降低后坐力都会提高多联装自动机系统的射击精度,该分析可为多联装自动机系统的设计奠定基础。     

基于射击稳定性的车炮匹配参数分析

车炮匹配性是装甲车辆总体性能的重要组成部分之一.以某坦克炮的虚拟样机发射过程系统的射击稳定性仿真为基础进行了车炮匹配参数分析.为正确预测火炮系统主要部件的运动和受力规律,研究车炮匹配性评价在火炮系统射击过程的参数影响,建立了火炮系统的多刚体动力学模型.仿真计算结果表明火炮射击时,火炮和车体组成的系统做幅度较小的周期运动或衰减运动,系统具有可靠的运动稳定性和安全性.