基于压力环控制的某非平衡身管随动控制系统设计及仿真

摘要

随着对火炮的发射精度和射程等军事打击能力需求的不断提高，火炮身管口径及长径比不断加大，这使得火炮身管本身非平衡特征对系统性能的影响越为严重。针对炮控身管的定位与平衡问题研究，本文通过借鉴交流伺服系统的三环控制结构，以非平衡身管电液伺服系统为研究对象，提出了一种基于压力环控制的精确定位控制策略。 本文首先对非平衡身管电液伺服系统进行了设计，对系统中各个元件进行了选型和介绍。在此基础上提出了基于压力环控制的思路，对非平衡身管随动控制系统模型进行了建立，并对炮管平衡造成影响的非线性因素进行了详细分析。 然后针对压力环控制器提出了基于干扰观测器的RBF神经网络自适应滑模控制的控制方案。由于滑模控制的等效控制项有许多不确定的时变项，通过RBF神经网络自适应系统进行逼近，与此同时，利用RBF神经网络对滑模控制的切换增益进行动态调节，用以消除滑模控制抖振现象。为了进一步提高系统的抗干扰能力，又引入了干扰观测器，并对整体压力环控制器进行了Matlab仿真验证。 接着采用模糊自适应滑模控制策略对位置环控制器进行了详细设计，利用模糊自适应系统对滑模等效控制中的非线性项进行逼近。针对滑模控制的抖振问题，通过模糊系统对切换增益进行动态调节，并利用Matlab对位置环控制器进行仿真验证。 最后通过搭建半实物仿真平台，对整体控制策略进行了验证，结果表明本文所设计的控制方案不仅能满足炮控系统的性能指标，而且有效提高了系统的控制精度与响应速度。

目录

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摘要

图表目录

1绪论

1．1课题背景

1．2炮控系统概述

1．2．1电液伺服控制系统

1．2．2全电式伺服控制系统

1．3电液伺服系统控制策略研究现状

1．4炮控系统身管定位与平衡研究现状

1．4主要研究内容

2非平衡身管随动控制系统综述

2．1引言

2．2非平衡身管随动控制系统组成及工作原理

2．3液压系统设计

2．3．1液压系统原理

2．3．2关键液压元件技术指标

2．4伺服控制系统设计

2．4．1 STM32微控制器设计

2．4．2数据采集卡

2．4．3旋转变压器与RDC数字转换模块

2．4．4压力传感器

2．4．5伺服放大板

2．4．6工业控制计算机

2．5本章小结

3非平衡身管随动控制系统数学模型及控制策略分析

3．1引言

3．2非平衡身管随动控制系统模型的建立

3．2．1恒流源液压放大器的数学模型

3．2．2动力液压缸的数学模型

3．2．3比例减压阀的数学模型

3．2．4非平衡身管随动控制系统的传递函数

3．2．5非平衡身管随动控制系统稳定性分析

3．3非平衡身管随动控制系统非平衡因素分析

3．4非平衡身管定位与平衡控制策略分析

3．5本章小结

4基于干扰观测器的RBF神经网络自适应滑模的压力环控制器设计

4．1引言

4．2压力环控制器原理分析

4．3滑模变结构控制理论

4．3．1滑模控制原理分析

4．3．2滑动模态可达性和存在条件

4．3．3滑模变结构控制动态品质

4．3．4滑模控制系统固有的抖振现象

4．4 RBF神经网络理论基础

4．5基于干扰观测器的RBF神经网络自适应滑模的压力环控制器设计

4．5．1基于RBF神经网络自适应的等效控制器设计

4．5．2基于控制增益调节的RBF神经网络切换控制器设计

4．5．3干扰观测器设计

4．5．4压力环控制器Matlab仿真

4．6本章小结

5基于模糊自适应滑模控制的位置环控制器设计

5．1引言

5．2模糊自适应控制理论

5．2．1模糊控制系统组成

5．2．2模糊控制系统的逼近性能

5．2．3模糊自适应控制

5．3基于模糊自适应滑模控制的位置环控制器设计

5．3．1基于模糊自适应的等效滑模控制器设计

5．3．2基于切换增益模糊系统动态调节的切换控制器设计

5．3．3位置环控制器Matlab仿真

5．4本章小结

6基于压力环控制的某非平衡身管随动控制系统实验研究

6．1引言

6．2非平衡身管随动系统实验平台介绍

6．3非平衡身管随动系统实验平台的控制软件设计

6．4实验结果

6．4．1阶跃响应实验

6．4．2正弦跟踪实验

6．4本章小结

7总结与展望

7．1总结

7．2展望

致谢

参考文献

附录