小型岩孔喷浆机器人设计及其性能分析

为实现喷浆作业质量均匀稳定,本文针对岩孔喷浆过程中参数的影响及其控制进行研究,采用涂层建模、理论参数计算与实验验证方法,得到了喷枪参数、进给推进速度是关键影响因素结论。建立了涂层质量与喷枪参数模型和喷涂进给速度匹配方程,应用于实际喷浆机器人的设计和控制系统中。研制了小型喷浆机器人,完成了喷浆机器人的喷涂实验。实验表明:小型岩孔喷浆机器人可实现对模拟实验隧洞道的喷浆支护作业,本文设计的小型岩孔喷浆机器人能够满足使用要求。

行进间坦克炮控系统动力学建模与稳定控制

考虑行进间坦克炮控系统受路面颠簸引起的外界扰动和炮控系统工作时火炮俯仰运动不平衡力矩影响,基于第二类Lagrange方法建立行进间坦克炮控系统两轴耦合2自由度动力学模型。针对炮控系统的实际受力和运动状态,建立方位向和高低向驱动系统含有永磁同步电机以及传动机构分别含有齿轮减速箱与滚柱丝杠的行进间坦克炮控系统机电耦合动力学模型。为快速抑制行进间坦克炮控系统内外扰动对目标稳定跟踪的影响,基于非奇异快速终端滑模控制律和线性扩张状态观测器设计具有有限时间收敛特性的行进间坦克稳定跟踪控制器。根据行进间坦克炮控系统对目标的稳定跟踪过程计算炮控系统稳定精度和到位时间,并在不同工况下与传统控制方法进行对比。研究结果表明,新方法响应速度快、抗干扰能力强、稳定精度高,验证了控制器设计的有效性。

高炉泥炮液压控制系统增设蓄能器回路技术改造

在高炉泥炮液压控制系统中,旋转液压缸和打泥液压缸工作时需要在短时间内大量供油,因此必须使用大流量和大功率液压泵与之相配套,此外还需要配置大功率电动机、增加油箱的容积、增大液压站空间,造成生产成本增加。为了解决这一难题,研制了一种蓄能器站,用来储存液压油的能量,并在需要时快速释放,使执行元件能够实现快速、平稳的运行。同时,还能利用活塞式蓄能器本身作为气体增压缸,给储气罐充氮气。缓解了液压系统冲击,实现了两种不相容的液体与气体之间的能量传递,提高了高炉泥炮液压系统工作效率。

基于改进型前馈控制的轻型高炮随动控制策略研究

针对轻型高炮连续射击过程中车体姿态快速变化造成的随动控制精度降低的问题,提出一种基于改进型前馈控制的轻型高炮随动系统控制策略。该策略基于传统的火炮前馈控制模型,利用ARMA模型对前馈补偿量进行预测,提前给定随动位置指令,加快响应速度,补偿由于时滞和车体姿态快速变化等因素造成的前馈控制效果不足,提高控制精度。仿真和试验结果表明,在不增加传感器的前提下,基于改进型前馈控制的火炮随动系统控制策略能够实现随动控制的快速稳定补偿,满足轻型高炮连发射击的精度要求。

基于单神经元PID水平炮控系统稳定控制

为保证坦克行进间炮塔始终处于稳定位置,针对系统齿隙进行非线性补偿。利用径向基函数(radical basis function,RBF)神经网络对炮塔水平方向调速系统进行系统辨识,同时采用齿隙死区模型代表齿隙环节,建立水平向的模拟炮控系统;提出一种单神经元PID控制器;模拟外界扰动,利用计算机对控制过程完成仿真。仿真结果表明:在给定条件下,考虑齿隙因素,炮塔水平向位置与稳定位置的误差始终足够小。

无人战车火炮速度环自抗扰设计

科技的进步和发展正推动着无人战车向信息化、智能化、高机动性和高效率的方向前进。无人战车火炮在追求轻量化设计的同时存在传动刚度差的问题;行进间的姿态扰动、齿轮间隙以及系统结构传动的非线性因素会增加控制难度,严重影响火炮的调炮精度和稳定性;高精度的射击以及稳定性要求对无人战车火炮控制策略、控制精度以及抗扰能力提出考验。根据火炮随动系统基本原理建立随动系统动力学模型,在研究PID控制算法、复合内模控制算法以及自抗扰控制算法的控制精度以及抗扰能力并进行仿真对比的基础上,设计速度环自抗扰控制器,研究多种扰动信号下自抗扰控制的扰动抑制能力,配置参数进行仿真验证。结果表明所设计的速度环自抗扰控制器能够有效地对扰动总体进行观测,并对扰动进行补偿,提高火炮随动系统的扰动抑制能力,从而实现了无人战车火炮随动系统的高精度、高鲁棒性。

计及不等式约束的坦克炮稳定系统约束跟随控制

该文针对新一代轻量化坦克在高速行驶时的身管稳定问题,提出一种高精度控制策略。基于负载系统的动力学特性,建立含不确定性的坦克炮稳定系统受控状态空间方程;考虑射击门及稳定精度限制,构建系统状态的不等式约束,并完成受限状态转换;量化系统不确定性边界,结合约束跟随控制思想,开展系统不确定控制设计。研究表明,所提方法可综合处理坦克炮稳定系统的强非线性和复杂时变不确定性,实现系统稳定精度可控,为复杂机械系统的时变不确定性抑制和误差控制提供理论指导。

基于故障树的某型舰炮异常输出故障分析

舰炮具有射速高、反应快、持续作战能力强、使用效费比高等优点,被越来越多国家所重视。作为舰炮的核心,舰炮逻辑控制系统对于舰炮安全可靠工作发挥着举足轻重的作用。论文针对某型舰炮异常输出故障,采用故障树分析法,对其进行了详细分析与故障定位,找到了故障根本原因,提出了两种解决方法,通过进一步分析比较优选了一种最佳方案。在后续的试验中验证了该方法的可行性和有效性。

面向动态目标跟踪的全电坦克自适应鲁棒控制策略研究

针对全电坦克火炮稳定系统存在自身不确定性和外部干扰影响、行进间动态目标跟踪不易稳定的难点,设计一种自适应鲁棒控制器,从而满足新一代坦克高速行进间射击的性能指标。综合考虑了坦克行进间火炮稳定系统的非线性、耦合性和不确定性,基于伺服电机和电动缸动力学特性,建立了全电执行器的坦克双向稳定系统动力学模型,并将模型以状态空间形式表达。针对系统中存在的不确定性和外部干扰,根据实用稳定理论,分析受控系统的不确定性边界情况,设计自适应律,进而构建自适应鲁棒控制策略。通过开展仿真实验,验证了所设计控制器能克服系统复杂不确定性干扰,促使坦克火炮快速、稳定地调整到期望角度。

基于模糊RBF-PID的张紧装置电机控制研究

为解决某航炮射击时供弹系统易拥弹问题,设计双电机张紧装置,采用模糊控制方法与径向基神经网络相结合的控制算法对传统PID耦合控制器进行优化,提高两个电机的速度同步性能。通过仿真试验表明:该方案对双电机同步性能提升明显,对现有装备升级改造具有参考价值。

数字全电式坦克炮控系统研究现状与发展

为提高系统战技性能、可靠性和信息化水平,适应高机动复杂条件作战要求,数字全电式坦克炮控系统成为世界各国努力发展的方向。介绍了全电式炮控系统的概念、特点与结构;在此基础上,从动力系统和控制系统两个方面回顾了近年来国内外在炮控系统全电化及其数字控制方面的研究进展;分析了未来炮控系统的发展趋势。分析表明,如何进一步提高系统控制性能和智能化程度,实现快速随动和精确打击将成为炮控系统研究的重要课题。最后,以其为研究主线提出并探讨了高精度无间隙传动技术,软开关功率变换技术,系统控制策略与智能化等技术途径,为炮控系统论证分析、研制设计以及改造升级等研究提供理论借鉴和技术参考。

基于递推最小二乘法的炮控系统参数辨识仿真

炮控系统内部结构复杂,机理建模很难建立其较为客观的数学模型,针对这一问题,提出用递推最小二乘法对某型战车炮控系统辨识建模。首先对试验进行了设计,测得了某种工况下的炮塔速度阶跃输出曲线,并用跟踪微分滤波器对所得曲线进行了去噪处理,找出了被控对象的输入输出数据;其次运用递推最小二乘法对假定模型进行了模型参数估计,得到了被控对象的模型参数;最后用阶跃响应性能指标误差评价法对模型的有效性进行了验证。结果表明,该方法能准确地实现炮控系统的模型辨识,所建模型是有效可行的。

炮控系统性能试验中角位移量的几种测量方法

炮控分系统是主战坦克等地面攻坚武器系统的重要组成部分,在坦克全系统定型试验前,必须进行分系统的试验测试。国内目前使用的测试方法和测量设备还停在五六十年代的水平,为适应主战坦克武器系统的发展,必须研制一套测量精度高、自动化程度强的测量设备。介绍了以计算机为中心构建的炮控性能参数测试系统的组成与工作原理,讨论了炮控系统性能试验中利用CCD传感器与坐标靶、PSD传感器与电子靶、点光源与CCD传感器、激光(光纤)陀螺传感器或电测法进行角位移量测量的几种方法。

炮控系统静态参数测试及其关键技术研究

介绍炮控系统的工作原理及其在主战坦克、步兵战车以及装甲突击车等武器系统中的作用,叙述炮控系统主要静态参数的测试方法以及测试系统的组成与工作原理,讨论基于CCD传感器进行图像采集处理时涉及的关键技术,即利用小波变换可以大大提高图像的分辨精度。分析施力控制系统未加校正环节与校正后的系统特性,得出校正后的系统具有更好的动态性能的结论。

基于分数阶神经滑模的某顶置火炮调炮控制

针对某顶置火炮高低向调炮控制系统存在的强非线性特征,提出了一种分数阶神经网络滑模控制(FNSMC)策略。引入分数阶微积分(FOC),设计了分数阶PID型滑模面,获得了用于火炮控制的具有分数阶动力学特征的等效控制量。采用饱和函数作为切换函数,基于RBF神经网络对其切换增益进行在线动态调节,以获得动态最优性能。通过数值仿真分析比较了引入FOC后滑模控制系统的动静态特性,结果表明:分数阶滑模控制(FSMC)系统能够更为快速平滑的趋近稳态,这将有效抑制抖振现象,减小控制系统响应时间。半实物仿真试验结果表明:所提出的FNSMC策略明显优于传统整数阶神经网络滑模控制(CNSMC),具有更强的鲁棒性及更高的控制精度,可以很好实现预期的快速、平稳和高精度调炮。

坦克炮控系统神经网络自适应滑模控制方法

针对坦克炮控系统的时变性和非线性,设计一种神经网络自适应滑模控制方法。基于滑模控制强鲁棒性的优点,用RBF神经网络对系统摄动参数和未建模动态进行自适应逼近,可有效地降低切换增益,抑制系统的抖振。将滑模控制和神经网络逼近相结合,既保证了系统的鲁棒性又削弱了系统的抖振。仿真结果表明该设计能够有效地提高系统的动静态性能,优于经典的控制方法,为坦克炮控系统的设计提供了一种可行的设计方法。

基于陀螺仪的坦克炮控稳定精度检测仪设计

火炮稳定精度决定了坦克炮控系统的性能。针对现有的稳定精度测试手段不足,首次提出了采用陀螺仪为传感器对坦克炮控系统稳定精度进行检测。以陀螺仪为传感器采集火炮角度信号,传送到数据采集电路进行处理,采集到的数据存储在测试仪的电子盘中。在测试仪中可以观察到火炮振动曲线,得到稳定精度,也可以将数据传送到计算机中对数据进一步处理。本检测仪采集到的角度位置与象限仪作比较,测量误差在1.5%以内,能够有效地对稳定精度进行检测。

基于扩张状态观测器的炮控系统串联滑模控制

针对坦克炮控系统中存在齿圈间隙、摩擦力矩和参数漂移等多种非线性因素造成系统驱动延时、换向振荡和低速"爬行"等问题,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)的炮控系统串联滑模控制器。首先,利用系统内部可测信息,将炮控系统分解为n个串联的一阶子系统;然后,引入ESO估计各子系统的不确定性。在此基础上,基于backstepping递推思想,分别针对各子系统设计滑模控制器,并逐步向后递推,构成炮控系统串联滑模控制器。试验表明,该方法能够很好地抑制各种非线性因素的影响,有效地改善系统控制性能。由于各子系统均为一阶系统,ESO和滑模控制器的设计大为简化,易于工程实现。此外,该方法还有效地抑制了传统滑模控制的抖振问题。

坦克炮控系统自适应模糊滑模控制方法

针对坦克炮控系统这一类非线性和不确定性的复杂对象控制问题,提出一种自适应模糊滑模控制方法。采用滑模控制与模糊逻辑相结合的方法,滑模开关函数的绝对值作为输入组成一维模糊逻辑推理器,它的输出用以在线调整一维模糊控制器的输出增益,依据Lyapunov稳定定理获得最终的控制量。系统中的滑模控制器保证了系统的快速跟踪性能;而模糊控制器抑制了闭环系统的各种扰动,在不牺牲系统鲁棒性的同时达到削弱抖振的目的。从理论上证明了系统的稳定性,并且通过仿真验证了该结果。仿真结果表明,该设计方法大大优于经典设计,而且结构简单,易于设计,为炮控系统实际设计提供了一种可行的方法。

基于模糊推理的炮控系统性能评估与故障诊断

分析了坦克炮控系统技术状况评估的特点和难点,建立了炮控系统层次化技术状况评价体系,针对炮控系统的各种信号属性,分别设计了电流电压信号、功率信号、液压流量信号和开关信号的隶属度函数,结合工程实际,利用模糊层次分析法确定了各性能指标权重,设计了综合模糊推理机,依据指标权重系数的不同,不但实现了系统的性能评估,而且优化了故障诊断推理过程,并结合某大型测试系统,实现了炮控系统性能与故障的同步管理。