兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (3): 240421-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0421
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王一珉1, 袁树森2,*(), 林大睿1, 杨国来1,**(
)
收稿日期:
2024-05-29
上线日期:
2025-03-26
通讯作者:
基金资助:
WANG Yimin1, YUAN Shusen2,*(), LIN Darui1, YANG Guolai1,**(
)
Received:
2024-05-29
Online:
2025-03-26
摘要:
传统坦克双向稳定系统的控制策略难以有效处理新一代全电双向稳定系统中的耦合性、非线性和不确定性,而基于模型的非线性控制能够充分利用系统动态模型的先验信息提升控制效果。因此,建立计及执行器动态的全电双向稳定系统机电耦合动力学模型,提出一种基于神经网络补偿的非线性滑模控制方法。引入滑模面和基于双曲正切函数改进的滑模鲁棒控制律设计非线性滑模控制函数,以有效地消除系统振荡,提高系统的稳态性能。同时,深度融合多层神经网络,准确估计系统的不确定性并进行前馈补偿,避免高增益反馈。基于Lyapunov理论严格证明了新控制策略可以实现连续控制输入下坦克全电双向稳定系统的渐近稳定性能。搭建了联合仿真环境与半实物实验平台,通过大量对比实验验证了新控制策略的优越性。
中图分类号:
王一珉, 袁树森, 林大睿, 杨国来. 基于神经网络补偿的坦克全电双向稳定系统非线性滑模控制[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240421-.
WANG Yimin, YUAN Shusen, LIN Darui, YANG Guolai. Nonlinear Sliding Mode Control Based on Neural Network Compensation for Tank All-electric Bidirectional Stabilizers[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(3): 240421-.
参数 | 数值 |
---|---|
水平向旋转体旋转半径h1/m | 0.20 |
垂直向旋转体旋转半径h2/m | 0.12 |
水平向旋转体总质量m1/kg | 5200.0 |
垂直向旋转体总质量m2/kg | 2088.0 |
电动缸上支点至耳轴中心距离d1/m | 0.44 |
电动缸下支点至耳轴中心距离d2/m | 0.30 |
零度射角下电动缸长度d/m | 0.40 |
零度射角下电动缸安装角度α0/rad | 1.07 |
炮塔电机力矩系数k1/(N·m·A-1) | 1.89 |
电动缸电机力矩系数k2/(N·m·A-1) | 1.54 |
水平向传动系数N1 | 400 |
垂直向传动系数N2 | 5 |
垂直向传动效率η | 0.98 |
重力加速度g/(m·s-2) | 9.80 |
路面参考空间频率n0/m-1 | 0.1 |
路面频率指数w | 2 |
表1 联合仿真环境中的主要物理参数
Table 1 Major physical parameters for co-simulation
参数 | 数值 |
---|---|
水平向旋转体旋转半径h1/m | 0.20 |
垂直向旋转体旋转半径h2/m | 0.12 |
水平向旋转体总质量m1/kg | 5200.0 |
垂直向旋转体总质量m2/kg | 2088.0 |
电动缸上支点至耳轴中心距离d1/m | 0.44 |
电动缸下支点至耳轴中心距离d2/m | 0.30 |
零度射角下电动缸长度d/m | 0.40 |
零度射角下电动缸安装角度α0/rad | 1.07 |
炮塔电机力矩系数k1/(N·m·A-1) | 1.89 |
电动缸电机力矩系数k2/(N·m·A-1) | 1.54 |
水平向传动系数N1 | 400 |
垂直向传动系数N2 | 5 |
垂直向传动效率η | 0.98 |
重力加速度g/(m·s-2) | 9.80 |
路面参考空间频率n0/m-1 | 0.1 |
路面频率指数w | 2 |
参数 | 数值 |
---|---|
垂直向旋转体旋转半径h2/m | 0.06 |
垂直向旋转体总质量m2/kg | 71.01 |
电动缸上支点至耳轴中心距离d1/m | 0.194 |
电动缸下支点至耳轴中心距离d2/m | 0.170 |
零度射角下电动缸长度d/m | 0.094 |
零度射角下电动缸安装角度α0/rad | 0.51 |
垂直向传动系数N2 | 36 |
垂直向传动效率η | 0.98 |
电动缸电机力矩系数k2/(N·m·A-1) | 0.195 |
重力加速度g/(m·s-2) | 9.80 |
表2 实验中的主要物理参数
Table 2 Major physical parameters for experiment
参数 | 数值 |
---|---|
垂直向旋转体旋转半径h2/m | 0.06 |
垂直向旋转体总质量m2/kg | 71.01 |
电动缸上支点至耳轴中心距离d1/m | 0.194 |
电动缸下支点至耳轴中心距离d2/m | 0.170 |
零度射角下电动缸长度d/m | 0.094 |
零度射角下电动缸安装角度α0/rad | 0.51 |
垂直向传动系数N2 | 36 |
垂直向传动效率η | 0.98 |
电动缸电机力矩系数k2/(N·m·A-1) | 0.195 |
重力加速度g/(m·s-2) | 9.80 |
控制器及降低百分比 | 车速/(km·h-1) | ||
---|---|---|---|
25 | 30 | 35 | |
PID控制器/mrad | 1.919 | 2.844 | 2.511 |
SMCNN控制器/mrad | 0.942 | 1.296 | 1.618 |
降低百分比/% | 50.91 | 54.43 | 35.56 |
表3 D级路面下稳定精度
Table 3 Stabilization accuracy on D-level road
控制器及降低百分比 | 车速/(km·h-1) | ||
---|---|---|---|
25 | 30 | 35 | |
PID控制器/mrad | 1.919 | 2.844 | 2.511 |
SMCNN控制器/mrad | 0.942 | 1.296 | 1.618 |
降低百分比/% | 50.91 | 54.43 | 35.56 |
控制器及降低百分比 | 车速/(km·h-1) | ||
---|---|---|---|
25 | 30 | 35 | |
PID控制器/mrad | 2.403 | 2.344 | 3.282 |
SMCNN控制器/mrad | 1.429 | 1.465 | 2.232 |
降低百分比/ % | 40.53 | 37.50 | 31.99 |
表4 E级路面下稳定精度
Table 4 Stabilization accuracy on E-level road
控制器及降低百分比 | 车速/(km·h-1) | ||
---|---|---|---|
25 | 30 | 35 | |
PID控制器/mrad | 2.403 | 2.344 | 3.282 |
SMCNN控制器/mrad | 1.429 | 1.465 | 2.232 |
降低百分比/ % | 40.53 | 37.50 | 31.99 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.07.002 |
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