兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (9): 3029-3043.doi: 10.12382/bgxb.2023.0685
收稿日期:
2021-03-03
上线日期:
2023-09-18
通讯作者:
JIANG Tengyao, LI Wei*(), LEI Yu, HU Xin, WANG Weiwei
Received:
2021-03-03
Online:
2023-09-18
摘要:
未来战场的高机动作战环境对自行高炮稳定跟踪系统提出了更高的性能要求,根据自行高炮稳定跟踪系统的机械结构特点,应用动量矩定理及矢量求导,基于牛顿-欧拉方法建立描述伺服电机配以减速机驱动方位炮塔和俯仰身管的多刚体动力学模型。通过对动力学模型的进一步分解,得到方位俯仰姿态角与输入力矩的关系式。综合考虑传动机构的刚度和控制对象的变惯量特性,建立载体运动姿态耦合条件下具有复杂动载荷力矩干扰的双轴稳定跟踪系统控制模型。针对结构谐振设计一种基于极点配置法和变增益加速度反馈的自整定PI控制方法与基于观测等效惯量的自整定陷波器,采用大地坐标系下的等效闭环干扰速率补偿式稳定控制策略,对该控制方法进行仿真验证。仿真结果表明:在传动机构存在连接弹性的条件下,所给出的控制方法实现了稳定误差不大于2.2×10-2mrad、正弦稳定跟踪误差不大于3.5×10-2mrad,具有良好的控制精度和抗扰动性能;在保证系统拥有较快响应速度的同时,有效抑制了伺服电机变速和稳态过程中的机械谐振,显著降低了负载力矩振荡和负载有效转矩值。
中图分类号:
江腾耀, 李伟, 雷昱, 胡鑫, 王伟伟. 自行高炮稳定跟踪系统建模与谐振抑制方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3029-3043.
JIANG Tengyao, LI Wei, LEI Yu, HU Xin, WANG Weiwei. Modeling and Resonance Suppression Method for Stabilizing-tracking System of Self-propelled Anti-aircraft Gun[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(9): 3029-3043.
控制方法 | 方位向稳定误差 峰值/mrad | 俯仰向稳定误差 峰值/mrad | 方位电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 俯仰电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 方位向负载均 方根力矩/(N·m) | 俯仰向负载均 方根力矩/(N·m) |
---|---|---|---|---|---|---|
MPM | 0.51 | 0.84 | 30.63 | 73.01 | 82.97 | 20.63 |
PPM | 4.13×10-2 | 3.58×10-2 | 1.22 | 0.55 | 88.23 | 21.11 |
NF&PPM | 4.13×10-2 | 3.58×10-2 | 1.22 | 0.55 | 78.36 | 19.83 |
STPPM | 2.20×10-2 | 1.81×10-2 | 0.81 | 0.44 | 70.51 | 18.50 |
表1 4种控制方法对应的稳定控制效果对比
Table 1 Comparison of stabilizing control effects of four control methods
控制方法 | 方位向稳定误差 峰值/mrad | 俯仰向稳定误差 峰值/mrad | 方位电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 俯仰电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 方位向负载均 方根力矩/(N·m) | 俯仰向负载均 方根力矩/(N·m) |
---|---|---|---|---|---|---|
MPM | 0.51 | 0.84 | 30.63 | 73.01 | 82.97 | 20.63 |
PPM | 4.13×10-2 | 3.58×10-2 | 1.22 | 0.55 | 88.23 | 21.11 |
NF&PPM | 4.13×10-2 | 3.58×10-2 | 1.22 | 0.55 | 78.36 | 19.83 |
STPPM | 2.20×10-2 | 1.81×10-2 | 0.81 | 0.44 | 70.51 | 18.50 |
控制方法 | 方位向稳定误差 峰值/mrad | 俯仰向稳定误差 峰值/mrad | 方位电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 俯仰电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 方位向负载均 方根力矩/(N·m) | 俯仰向负载均 方根力矩/(N·m) |
---|---|---|---|---|---|---|
MPM | 0.92 | 1.96 | 33.13 | 114.19 | 46.02 | 10.31 |
PPM | 5.71×10-2 | 4.52×10-2 | 1.39 | 0.85 | 45.28 | 10.07 |
NF&PPM | 5.71×10-2 | 4.52×10-2 | 1.39 | 0.85 | 42.33 | 9.74 |
STPPM | 3.49×10-2 | 2.57×10-2 | 0.91 | 0.63 | 38.89 | 9.18 |
表2 4种控制方法对应的稳定跟踪控制效果对比
Table 2 Comparison of stabilizing-tracking control effects of four control methods
控制方法 | 方位向稳定误差 峰值/mrad | 俯仰向稳定误差 峰值/mrad | 方位电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 俯仰电机转速误差均 方根值/(r·min-1) | 方位向负载均 方根力矩/(N·m) | 俯仰向负载均 方根力矩/(N·m) |
---|---|---|---|---|---|---|
MPM | 0.92 | 1.96 | 33.13 | 114.19 | 46.02 | 10.31 |
PPM | 5.71×10-2 | 4.52×10-2 | 1.39 | 0.85 | 45.28 | 10.07 |
NF&PPM | 5.71×10-2 | 4.52×10-2 | 1.39 | 0.85 | 42.33 | 9.74 |
STPPM | 3.49×10-2 | 2.57×10-2 | 0.91 | 0.63 | 38.89 | 9.18 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.07.002 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.04.018 |
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