双靶面三自由度伺服跟踪系统研究

发布时间：2020-04-25 08:54

【摘要】：自行火炮等武器装备的动态性能是靶场鉴定、定型实验评定系统中的重要战术和技术指标之一。因此,在武器的研发、生产和试验过程中,其动态稳定精度是必不可少的测试环节。基于CCD和双靶面的火炮动态稳定精度测试方法,可以有效的消除模拟试验中炮管的平移量而只保留旋转量,提高了火炮的测试范围及精度。本文以双靶面伺服跟踪系统为背景,采用交流伺服控制技术,针对非线性摩擦等内外扰动可能引起的负载时变问题,重点研究了自抗扰控制(ADRC)方法,实现了靶面的快速高精度的跟踪控制。首先,依据系统的性能指标要求,进行了系统关键器件的选型,搭建了伺服系统的运动平台,并建立了滚珠丝杠传动机构模型及伺服系统整体的动力学模型,为后文的算法仿真调试奠定了基础。其次,完成了控制系统的硬件及软件设计。硬件部分设计了控制系统的电路原理图及PCB,包括DSP28335最小系统、DA输出模块、CAN总线模块、位置信号采集模块等。软件设计包括控制器编程及上位机编程两部分:以CCS6.1为开发环境,编写了控制器的主程序、CAN中断服务子程序和定时中断服务子程序;以VS2015为开发环境,利用C#语言编写了上位机监控界面,实现了系统的实时可视化控制。再次,在分析了传统PID控制缺点的基础上,分析了自抗扰控制算法克服PID缺点的具体方法,并设计了自抗扰控制器。之后,针对自抗扰控制器的非线性因素过多、参数整定复杂等问题,论文又研究了线性自抗扰控制器及其稳定性,并在MATLAB上进行了线性自抗扰控制器的设计和仿真对比实验,结果表明,相对于PID,线性自抗扰控制器有着更好的动态特性和控制效果。最后,为了检验自抗扰控制器在双靶面伺服跟踪系统上的实际效果,在实物平台进行了三个自由度上的验证。实验数据表明,自抗扰控制器能够满足系统的性能指标,实现靶面的快速、高精度跟踪控制。
【图文】：

系统原理图,面伺服,跟踪测试,火炮

第 1 章绪论背景及意义纪以来，随着现代军事科技的不断发展，“狂轰滥炸”的时代早已宣击”已成为现代战争的代名词。因此，火炮等武器装备的动态稳定验评定的重要指标之一[1]。为了提高武器系统作战效能，对武器装与评定，研制满足现代测试需求的动态跟踪精度测量系统是十分必常采用多自由度的运动模拟器来模拟火炮在不同环境下的运动状态动模拟平台不仅包含沿方位向、俯仰向和横滚向的旋转量，同时也的平移量。然而动态稳定精度只关心火炮角度的变化量而不包括平]中提出了一种基于双靶面的伺服跟踪测试系统，炮管的激光器在前光斑，获得两个光斑的坐标后进行相减即可消除平移量，从而得到度。其测试系统的原理图如下所示：

炮管,偏转角,几何关系

图 1.2 炮管偏转角度几何关系的数学模型可由下式得到：( )2 21 11= arctanh d ddα+ ( )2 22 12= arctanh d ddα+ ′ 炮口激光器所在的初始位置，α 为火炮垂直方向上的夹时刻所在的位置，α′为该时刻火炮垂直方向上的夹角；，1h 为前靶面到地面的垂直距离，2h 为前后靶面基准线可得出 O 与 O' 之间角度在垂直方向上的实际偏转量 Δα Δα =α ′ α求出水平方向的偏转量和稳定误差。经过上述工作，即角度偏转量，，进而统计计算出炮体的稳定精度均方差和
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ06;TP273

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