现代防空火炮随动系统的设计与应用研究

【摘要】：最近几场战争的告终,给出这样一个结论：当今世界的武器技术,其自动化程度已经很高,并正朝着智能化方向迅猛发展。火力与指挥控制系统,无论是机载的、舰用的、还是地面的,也正顺从这一总趋势,不断实现着原理、概念和实际产品的更新换代。高炮随动系统是整个防空火炮武器系统的核心部分,随动系统性能的优劣将直接影响防空武器系统的整体作战效果。为提高自行高炮武器系统的综合作战能力,使武器系统形成最佳战斗力,必须要使随动系统具有高速度、高精度、高可靠性和较强的抗干扰能力。因此研究高炮随动系统对火控系统性能的影响是非常重要的。近年来,永磁同步电机以其结构简单、效率高、功率因数高、转动惯量低等优点在运动控制中引起了广泛关注,并应用于导航系统、雷达天线、数控机床、机器人等领域。然而,永磁同步电动机是典型的非线性、多变量、强耦合系统,且受电机参数变化、外部负载扰动等不确定性因素的影响,要获得高性能的永磁同步电机随动控制系统,必须研究先进的控制策略以克服这些不确定性的影响,使系统具有较强的自适应能力和抗干扰能力。本文首先对矢量控制理论进行了细致的研究,着重对id=0控制和最大转矩电流比(MTPA)控制进行了深入的分析和理解。其次,针对传统矢量控制方法能耗较大、运算繁琐及动态性能差等问题,本文提出了基于能量优化的永磁同步电机矢量控制方法。该方法以能量优化为控制目标,在传统矢量控制方法的基础上引入模糊控制理论,利用模糊控制算法在线求解并优化定子电流,使系统在相同条件下获得的转矩最大,而定子电流最小,有效的降低了系统的损耗。最后,在基于MTPA的模糊控制器中加入智能积分器,并对积分环节的引入时机进行了详细的解析。智能积分器的引入有效的消除了系统的稳态误差,增强了模糊控制器的整体调节能力。仿真结果表明,本文所研究的基于能量优化的永磁同步电机随动系统解决了传统矢量控制存在的损耗大、定子电流计算繁琐等问题,改善了系统的动静态性能,增强了系统的鲁棒性。为进一步验证随动系统的实际效果,本文以TMS320F2812型DSP为核心构建永磁同步电机控制系统,并设计了与DSP相连的接口电路和信号检测电路。通过CCS软件设计了系统控制软件,并应用于永磁同步电机控制系统中。最后,以双机拖动实验平台为基础,对系统进行了一系列实验,验证系统的控制效果。