火炮俯仰机构自动操瞄半实物仿真系统研究

论文摘要

本课题来源于某多管火炮武器系统的半实物仿真研究。半实物仿真就是利用计算机仿真技术与实物实验相结合,以计算机仿真为主的实验研究方法。针对我国目前车载火炮操瞄自动化程度较低这一现状,以高精度火炮自动操瞄控制系统为研究对象,采用位置反馈闭环控制方案实现了高精度的车载火炮自动操瞄控制系统。本文主要对多管火炮武器自动操瞄俯仰机构进行研究,在此基础上完成对俯仰机构的建模仿真,优化系统参数,并对仿真结果进行验证,为后续的研究奠定了基础。首先,本论文以火炮发射车俯仰装置的研究与仿真为背景,研究俯仰驱动机械装置起竖过程的控制问题,给出操瞄系统的控制方案,提出电液比例控制、PID控制及优化PWM控制的方法,并计算出控制系统主要元件的设计参数。其次,对主要控制元件进行理论分析和研究,分别建立了其数学模型;根据以上各元件数学模型基于MATLAB/Simulink建立了电液控制仿真模型,基于MATLAB/SimMechaics模块集建立了俯仰机构仿真模型,将各控制元件仿真模型有机结合,与俯仰机构连接,实现机、电、液一体化的联合仿真。最后,对PID和PWM控制方法进行了理论分析和研究,在此基础上分别建立液压系统俯仰机构的位置控制和随动控制MATLAB/Simulink仿真模型;通过对不同入射角参数下的俯仰运动进行仿真,优化PID和PWM控制参数,达到系统所要求的0.015o的控制精度,得到最佳控制方案并加以实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 火炮操瞄技术发展概述
• 1.2.1 国外现状及发展趋势
• 1.2.2 国内现状及发展趋势
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第2章 半实物仿真控制系统总体设计
• 2.1 控制系统原理分析及方案设计
• 2.1.1 位置控制方案设计
• 2.1.2 随动控制方案设计
• 2.1.3 控制系统原理方案设计
• 2.2 控制系统主要参数计算
• 2.2.1 液压缸的设计计算
• 2.2.2 液压泵的选择
• 2.3 液压系统控制精度分析
• 2.3.1 PWM信号的控制精度
• 2.3.2 合成精度的计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于MATLAB/Simulink的控制系统建模
• 3.1 基于MATLAB/Simulink建模方法介绍
• 3.2 控制系统模型的建立
• 3.2.1 液压系统组成元件建模
• 3.2.2 火炮俯仰机构仿真模型
• 3.2.3 控制系统总体模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 控制系统仿真分析及试验研究
• 4.1 控制系统PID仿真分析
• 4.1.1 控制系统PID参数的整定
• 4.1.2 控制系统PID仿真的运行
• 4.1.3 PID仿真结果分析
• 4.2 控制系统PWM仿真分析
• 4.2.1 PWM控制仿真过程
• 4.2.2 定占空比PWM系统仿真
• 4.2.3 占空比可变的PWM系统仿真
• 4.3 实验验证
• 4.3.1 实验设备
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢