非平衡坦克炮炮控系统研究

发布时间：2020-09-29 09:14

　　坦克炮控系统也称稳定器,主要用来克服行进间坦克车体振动对身管稳定性能的影响,实现坦克身管不因路面颠簸而偏离稳定位置。由于坦克身管存在非平衡质量,坦克炮控系统存在非平衡扰动,且受到行进间路况的随机扰动,使得炮身轴线容易脱离瞄准目标。且全电式炮控系统存在的诸多非线性因素,同样影响着系统的稳定精度。因此如何克服这些因素的影响,提高坦克炮控系统行进间的稳定性能,是现阶段需要研究的问题。本文以数字全电式坦克炮控系统为研究对象,介绍了坦克炮控系统的组成结构以及工作原理。建立了坦克炮控系统的数学模型,并运用经典控制理论,对坦克炮控系统的电流环和速度环进行了设计,为非平衡扰动及非线性因素的研究奠定了基础。对全电式炮控系统中存在的非平衡扰动、摩擦力矩、齿隙非线性和外界其他干扰,从形成机理、对系统性能的影响和数学模型三个方面进行了分析和研究。建立了综合考虑这些因素的坦克炮控系统数学模型,仿真验证设计的PID控制器已经不能达到理想的控制效果。研究了坦克炮控系统的电流环,设计了基于自适应滑模变结构的电流环控制器。将非平衡扰动、摩擦力矩和外界扰动力矩看作一个总扰动,并设计滑模干扰观测器对其进行观测,使用观测量对系统给定电流量进行实时前馈补偿。研究了坦克炮控系统的速度环,设计了 RBF神经网络滑模控制器。针对滑模变结构控制固有的抖振现象,使用RBF网络实时调整控制器中的切换增益,在获得滑模控制强鲁棒性的同时,削弱了系统的抖振。通过仿真验证本文设计的控制策略的有效性。搭建了半实物实验平台,通过实验来验证本文设计的控制策略的有效性。实验结果表明:该控制策略稳定性能良好。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ38
【部分图文】：

模型图,永磁同步电机,模型

伺服系统数学建模逡逑电机（ＰＭＳＭ）数学模型逡逑在三相静止坐标系下的数学模型逡逑坦克炮交流伺服系统以永磁同步电机为执行机构，组构成，三相绕组一般采用Ｙ型连接［２６］。在结构上，定子基本相同。与普通同步电机转子采用励磁线圈不磁体，结构更为简单。永磁同步电机为多变量、强耦析，在建模之前作如下假设［２７］：逡逑和效应忽略不计；逡逑子铁芯的磁滞和涡流损耗忽略不计；逡逑动势呈正弦波状；逡逑均匀，且没有阻尼绕组；逡逑子绕组为Ｙ型连接且是三相对称的。逡逑的基础上，ＰＭＳＭ的模型可以表示如下图２．８所示，逡逑

炮控系统,摩擦模型,仿真图

硕士学位论文逦非平衡坦克炮炮控系统研究逡逑Ｓｔｒｉｂｅｃｋ模型用关系式可表示为：逡逑当｜６（0｜＜ｒ时，静摩擦为：逡逑＼Ｆｍ逦ｍ）＞Ｆｍ逡逑＾＞（０＝邋＾（０逦－Ｋ邋＜Ｆ＜Ｆｍ逦（３．２）逡逑ｍ＜－Ｆｍ逡逑当ｐ（／）｜＞ｒ时，动摩擦为：逡逑Ｆｆ（ｔ）邋＝邋［Ｆｃ邋＋（Ｋ，－Ｆｃ）ｅ－Ｔ＇Ｍ邋）ｓｇｎ（＾（0）邋＋邋＾，０（／）逦（３．３）逡逑式中，Ｆ（0为驱动力，＇（0为摩擦力，＆为最大静摩擦力，Ｋ为库仑摩擦力，命＞）为逡逑角速度，邋＜为粘性摩擦力矩比例系数，Ｔ和７；为正常数，其值较小。逡逑（２）摩擦模型建模与仿真逡逑通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立包含Ｓｔｒｉｂｅｃｋ模型的炮控系统的仿真模型，来分析摩擦非线性对逡逑系统性能的影响。这里建立的模型是以第二章中设计ＰＩＤ控制策略为基础的，因为此时逡逑只是研究摩擦对系统性能影响，因此可以不考虑车体振动的影响，即此时将６＾看作零。逡逑将摩擦模型看作第二章中建立的炮控系统模型的一个子系统，建立的模型如图３．３所示。逡逑

阶跃响应曲线,阶跃响应曲线

图３．５系统位置斜坡响应曲线逡逑从图３．４可知，未加摩擦的ＰＩＤ控制速度阶跃响应存在超调，超调量约为５％左右，逡逑响应时间约为０．１２ｓ，从局部放大图可知速度误差约为０．１５°／ｓ。而加摩擦的速度阶跃响逡逑应超调量约为２０％，速度响应时间约为０．２ｓ，速度误差约为０．３°／ｓ，且在初始阶段存在逡逑0．0２ｓ左右的“停滞”现象。从图３．５可知，未加摩擦的位置斜坡响应位置误差约为０．０７°逡逑（约为１．１７ｍｉｌ），加摩擦的位置误差约为０．４°（约为６．６７ｍｉｌ），且在初始阶段存在约为０．０２ｓ逡逑的“停滞”现象。从上面分析可知，摩擦环节的存在使得系统驱动延时，响应速度变慢，逡逑且使系统存在较大的速度和位置误差。逡逑为了说明摩擦现象对系统速度过零时的影响，仿真验证在给定正弦信号时系统的响逡逑应情况，系统速度正弦跟踪曲线如下图３．６所示。逡逑２４逡逑

【参考文献】