兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (11): 4175-4190.doi: 10.12382/bgxb.2024.0485
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王彬1,2, 张建书1,2,*(), 段志峰1,2, 岳淇星1,2, 刚宽宽1,2, 苗阳阳1,2
收稿日期:
2024-06-19
上线日期:
2024-11-26
通讯作者:
基金资助:
WANG Bin1,2, ZHANG Jianshu1,2,*(), DUAN Zhifeng1,2, YUE Qixing1,2, GANG Kuankuan1,2, MIAO Yangyang1,2
Received:
2024-06-19
Online:
2024-11-26
摘要:
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。
中图分类号:
王彬, 张建书, 段志峰, 岳淇星, 刚宽宽, 苗阳阳. 行进间坦克炮控系统动力学建模与稳定控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 4175-4190.
WANG Bin, ZHANG Jianshu, DUAN Zhifeng, YUE Qixing, GANG Kuankuan, MIAO Yangyang. Dynamics Modeling and Stability Control of Marching Tank Gun Control System[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(11): 4175-4190.
统计值 | 坐标轴 | 车速/(km·h-1) | ||
---|---|---|---|---|
20 | 25 | 30 | ||
x | 3.0387 | 3.1277 | 3.2677 | |
角加速度/(rad·s-2) | z | 2.1688 | 2.3016 | 2.3042 |
y | 0.5773 | 0.6177 | 0.7388 | |
x | 0.0049 | 0.0051 | 0.0053 | |
角速度/(rad·s-1) | z | 0.0285 | 0.0360 | 0.0421 |
y | 0.0011 | 0.0012 | 0.0014 |
表1 D级路面不同车速车体基础激励均方根对比
Table 1 Comparison of the RMS fundamental vehicular excitations at different speeds on D-level road
统计值 | 坐标轴 | 车速/(km·h-1) | ||
---|---|---|---|---|
20 | 25 | 30 | ||
x | 3.0387 | 3.1277 | 3.2677 | |
角加速度/(rad·s-2) | z | 2.1688 | 2.3016 | 2.3042 |
y | 0.5773 | 0.6177 | 0.7388 | |
x | 0.0049 | 0.0051 | 0.0053 | |
角速度/(rad·s-1) | z | 0.0285 | 0.0360 | 0.0421 |
y | 0.0011 | 0.0012 | 0.0014 |
统计值 | 方向 | 控制器 | ||
---|---|---|---|---|
ADRNFTSMC | LADRC | LSMC | ||
σ/mrad | 方位 | 0.0041 | 0.0279 | 0.0154 |
高低 | 0.0858 | 0.2969 | 0.1970 | |
τ/s | 方位 | 0.2135 | 0.5760 | 0.8750 |
高低 | 0.0880 | 0.6470 | 0.7120 |
表2 工况1系统仿真结果对比
Table 2 Comparison of the system simulation results in Case 1
统计值 | 方向 | 控制器 | ||
---|---|---|---|---|
ADRNFTSMC | LADRC | LSMC | ||
σ/mrad | 方位 | 0.0041 | 0.0279 | 0.0154 |
高低 | 0.0858 | 0.2969 | 0.1970 | |
τ/s | 方位 | 0.2135 | 0.5760 | 0.8750 |
高低 | 0.0880 | 0.6470 | 0.7120 |
统计值 | 方向 | 控制器 | ||
---|---|---|---|---|
ADRNFTSMC | LADRC | ADRLSMC | ||
σ/mrad | 方位 | 0.0079 | 0.0563 | 0.0336 |
高低 | 0.0598 | 0.2333 | 0.2090 | |
τ/s(t=5s) | 方位 | 5.2660 | 5.6070 | 5.6800 |
τ/s(t=7s) | 7.2840 | 7.4750 | 7.5510 | |
τ/s(t=7s) | 高低 | 7.1170 | 7.4150 | 7.1540 |
τ/s(t=9s) | 9.2680 | 9.3320 | 9.3530 |
表3 工况2系统仿真结果对比
Table 3 Comparison of the system simulation results in Case 2
统计值 | 方向 | 控制器 | ||
---|---|---|---|---|
ADRNFTSMC | LADRC | ADRLSMC | ||
σ/mrad | 方位 | 0.0079 | 0.0563 | 0.0336 |
高低 | 0.0598 | 0.2333 | 0.2090 | |
τ/s(t=5s) | 方位 | 5.2660 | 5.6070 | 5.6800 |
τ/s(t=7s) | 7.2840 | 7.4750 | 7.5510 | |
τ/s(t=7s) | 高低 | 7.1170 | 7.4150 | 7.1540 |
τ/s(t=9s) | 9.2680 | 9.3320 | 9.3530 |
车速 | 方向 | 控制器 | ||
---|---|---|---|---|
ADRNFTSMC | LADRC | ADRLSMC | ||
25km/h | 方位 | 0.0097 | 0.0742 | 0.0439 |
高低 | 0.0938 | 0.3126 | 0.2879 | |
30km/h | 方位 | 0.0149 | 0.1043 | 0.0595 |
高低 | 0.1397 | 0.4207 | 0.3879 |
表4 工况3系统后6s稳定跟踪误差对比
Table 4 Comparison of stabilizing and tracking errors of the system after 6 seconds in Case 3 mrad
车速 | 方向 | 控制器 | ||
---|---|---|---|---|
ADRNFTSMC | LADRC | ADRLSMC | ||
25km/h | 方位 | 0.0097 | 0.0742 | 0.0439 |
高低 | 0.0938 | 0.3126 | 0.2879 | |
30km/h | 方位 | 0.0149 | 0.1043 | 0.0595 |
高低 | 0.1397 | 0.4207 | 0.3879 |
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