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某箱式多管火箭炮快速装填与高精度自动操瞄系统研究

朱玉川  
【摘要】: 为适应多管火箭炮的发展和现代战争的要求,本论文以提高多管火箭炮机动性能、精确打击能力为出发点,以多管火箭炮快速装填和高精度自动操瞄为研究对象,运用系统设计、理论分析、计算机仿真以及实验研究等手段,分别将现代电液比例控制技术与非线性滑模变结构控制理论应用于箱式多管火箭炮快速装填与高精度自动操瞄系统,有效地提高了多管火箭炮的自动装填速度与精度,满足了多管火箭炮位置伺服系统在强干扰、参数大范围变化等情况下的调炮精度与跟踪精度。 针对多管火箭炮装填速度与装填可靠性之间的矛盾和难题,提出了采用箱式发射技术实现多管火箭炮整箱装填的设计方案,较全面地研究了该装填系统涉及到的技术难点,通过基于PLC控制的电液比例技术解决了液压缸快速运行与高精度定位之间的矛盾,采用气动系统实现了装填各过程之间运发箱的可靠换接与锁紧,利用触摸屏技术实现了装填过程运发箱的程序化动作与系统运行的可视化。 详细地分析了多管火箭炮位置伺服系统负载特性,对其参数变化规律与负载力矩作用规律进行了定性分析与定量计算。在此基础上对整个多管火箭炮系统驱动控制部分进行了设计,提出了多管火箭炮交流位置伺服控制方案,并推导了其数学模型。 提出了多管火箭炮交流位置系统速度位置统一滑模控制策略,将带积分项的最优化滑模变结构控制策略应用于多管火箭炮高精度自动操瞄系统并进行了应用设计,通过理论分析证明了该控制策略可以有效提高多管火箭炮在参数变化与干扰作用下的控制精度,并通过计算机仿真证实了该方法的鲁棒性。考虑到变结构控制的切换控制特性及控制滞后,抖振的存在将严重影响系统的实际应用,论文通过设计干扰观测器并对电流输入进行前馈补偿来消弱切换控制的幅值,从而有效消弱滑模变结构控制的抖振,通过计算机仿真证实了该方法的有效性。解决了多管火箭炮位置伺服系统参数大范围变化、存在强干扰力矩与高精度调炮之间的矛盾。 提出了多管火箭炮交流位置系统串级复合控制策略,将电流控制、速度控制和位置控制分开进行并组成三环串级控制结构,通过PI控制、前馈控制、滑模控制的有效组合系统而详细地研究了四种串级复合控制结构,以前馈控制来消除动态跟踪的位置误差,以滑模控制的运用来提高系统在参数摄动与干扰作用下系统动态跟踪的鲁棒性能。针对串级滑模控制的抖振现象,通过积分环节以及复合控制有效消弱了串级滑模控制的抖振,并最终通过计算机仿真得到了有效验证。解决了多管火箭炮位置伺服系统参数大范围变化、存在强干扰力矩与高精度动态跟踪目标的难题。 最后对全系统进行了样机实验研究,对快速装填装置进行了装填速度、装填时间以及各种装填方式运行平稳性与可靠性实验,实验结果表明该快速装填系统不仅有效的实现了设计指标,且其装填可靠性较高。对自动操瞄系统进行了经典控制、复合前馈控制、以及复合滑模控制实验,通过实验研究不仅有效证实了系统设计指标的实现,同时证实了系统设计方案的正确性以及控制算法的有效性,为系统的进一步样机制作提供了可借鉴的理论指导。


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