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《国防科学技术大学》 2016年
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武器站伺服装置的性能分析与控制问题研究

廖洪波  
【摘要】:武器站作为一种搭载中小口径枪械的火力打击武器,能够实现对目标的探测、跟踪、识别和打击,在军事装备领域得到越来越多的应用。武器站伺服装置作为武器站的重要组成部分,其性能直接影响武器站的打击精度。本文围绕如何提高武器站伺服装置性能这个问题,在性能指标设计、机电耦合建模及模型参数辨识、影响性能的关键因素分析、伺服控制误差抑制等方面展开研究,以为武器站伺服装置性能的提升提供理论依据和工程技术指导。论文的主要工作如下:1.分析了武器站伺服装置的组成、工作原理和功能需求。在此基础上,对伺服装置的性能指标进行了设计,主要对其中关键性能指标,如稳定精度、最低平稳速度、角位置精度、随动精度和伺服刚度进行了详细设计,推导了这些关键性能指标设计的数学公式。2.针对武器站伺服装置的机电耦合建模问题,分析了武器站伺服装置的多轴耦合动力学关系,建立了包含电流环、机械传动和传感器三部分的单轴机电耦合模型。采用理论和模型仿真分析方法分析了模型参数对武器站伺服装置性能的影响,找出了其中的关键影响因素。为武器站伺服装置的结构优化设计和基于模型的控制提供了理论依据。3.精确的模型参数是武器站伺服装置进行仿真分析和基于模型的高精度控制的基础。针对这一问题,采用模型参数分离辨识方法对所建立的机电耦合模型参数进行了辨识。详细分析了参数辨识的原理,推导了参数辨识的模型结构、最优化准则函数,给出了参数辨识的具体步骤。以研制的某型武器站伺服装置方位和随动俯仰轴为对象对其参数进行了辨识,给出了参数辨识的具体结果,并从开环和闭环时域响应角度,对比分析了依据辨识值的模型仿真结果与实际测试结果之间的一致性。4.摩擦和低阶机械谐振是制约武器站伺服装置性能提升的两个重要因素。针对摩擦问题,详细分析了传统摩擦补偿器设计中存在的问题,在结合谐波齿轮自身摩擦特性的基础上,对传统摩擦补偿器进行了修正,修正后的摩擦补偿器能够有效的实现对速度过零“死区”、位置“平顶”和低速平稳性的补偿。针对机械谐振问题,提出了一种利用速度差附加反馈的谐振抑制方法,该方法通过增加闭环系统的阻尼特性来降低机械谐振峰值的影响。详细分析了该方法的原理,控制参数配置方法。实验验证了所提摩擦补偿和谐振抑制方法的有效性。5.针对武器站伺服装置性能指标的测试问题,提出了主要指标的测试方法。以研制的某型武器站伺服装置为测试对象构建了测试系统,给出了稳定精度、最低平稳速度、角位置精度和随动精度的测试方法与结果。结果表明,所研制的某型武器站伺服装置性能指标优于设计值。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TJ203

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