火炮高低机双阀电液伺服控制系统研究

摘要

提高高低机的性能对于提高火炮的整体性能，尤其是射击精度具有十分重要的意义。传统火炮高低机采用单个大流量伺服阀进行控制，但由于大流量阀频带窄、分辨率不足，随着对火炮技术性能要求的不断提高，无法同时兼顾系统的高速和低速性能。为了进一步降低系统的最低平稳运行速度，保证火炮的操瞄精度，现决定采用大流量伺服阀和小流量伺服阀并联控制方案。相比采用大流量高精度伺服阀方案而言，此方案在保证系统最低平稳运行速度的同时又大幅降低了系统成本。
　　本文首先根据液压高低机系统的组成和结构特点，通过合理的简化建立了位置系统的数学模型，并分析了系统运行过程中系统主要参数的变化情况；分析了对系统的稳态误差产生影响的主要因素，对系统进行了PID校正；为了使仿真结果更贴近实际系统特性，建立了系统的AMEsim模型进行仿真。针对双阀控制中大阀零偏/零漂造成的影响，设计了干扰观测补偿器，仿真验证了补偿器的良好性能；提出了双阀控制的具体控制策略，对直接切换、增益渐变切换、模糊切换过程进行了具体分析，使用最优控制对切换过程中的主要参数进行了优化。针对系统的参数时变、非线性强、不确定因素多样的特点，设计了基于指数趋近律的滑模控制器；针对系统在滑模趋近段的鲁棒性能不强的问题，设计出了全局滑模控制器；针对滑模控制中的抖振等问题设计了动态滑模控制器，并基于自适应律进行系统参数不确定性的估计，成功解决了系统抖振和不确定性难以事先估计等问题；将滑模控制同切换控制进行结合，仿真表明切换后系统的控制效果十分理想。基于xPC Target实时仿真环境控制液压实验台进行实验，验证了滑模控制器对于各种信号的跟踪效果；证实了系统增益突变会造成系统切换过程中的冲击，间接验证了增益渐变切换的必要性；同时验证了干扰观测补偿器对于系统零偏/零漂的补偿效果。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2电液伺服技术的研究现状

1.3滑模控制理论研究概述

1.4本文主要研究内容

第2章 系统建模与分析

2.1引言

2.2高低机双阀位置系统数学建模

2.3伺服阀选型及双阀并联必要性

2.4系统传递函数及分析

2.5系统稳态误差分析

2.6系统的PID校正

2.7 AMEsim仿真模型建立

2.8本章小结

第3章 双阀并联控制与切换

3.1引言

3.2伺服阀零偏/零漂补偿

3.3双阀切换控制原理

3.4直接切换

3.5增益渐变切换

3.6模糊切换

3.7本章小结

第4章 滑模控制

4.1引言

4.2滑模控制基本原理

4.3指数趋近律滑模控制

4.4全局滑模控制

4.5自适应动态滑模

4.6本章小结

第5章 实验及验证

5.1引言

5.2实验台组成及半实物仿真

5.3系统辨识

5.4滑模控制器验证

5.5系统增益变化影响

5.6系统零偏/零漂补偿

5.7本章小结

结论

参考文献

声明

致谢