某武器平衡及定位电液伺服系统液压系统设计及控制

摘要

针对非平衡身管高精度定位控制研究中存在的诸多亟待解决的关键问题，本文提出一种基于三腔动力液压缸电液伺服系统的身管平衡及定位控制新方法，其主要特征在于:利用三腔液压缸的平衡腔实现系统非平衡力的主动平衡，同时利用其驱动腔实现身管的精准定位驱动。本文针对身管平衡及定位电液伺服系统液压系统进行设计，并在优化参数的基础上设计了一种基于扩张状态观测器的分数阶PID控制器。
　　本文首先对身管平衡及定位电液伺服系统液压系统进行设计，针对系统工作原理，完成电液伺服系统的机械部分设计、液压原理设计和元件选型，进行数学模型的建立及分析，完成身管机电液系统的整体设计。
　　针对身管运动特征，选用分数阶PID(FOPID)作为主控制器，并采用粒子群优化算法(PSO)对控制参数进行优化。同时由于身管火炮稳定控制系统具有非平衡扰动、摩擦等诸多非线性特征，本文将扩张状态观测器(ESO)引入到FOPID控制，由FOPID计算主控制量，由ESO产生补偿控制量，以实现非线性因素的动态补偿。
　　最后为了检验所设计液压系统的正确性及所设计控制器在实际电液伺服系统中的控制性能，对系统进行了建模仿真及半实物台架实验分析。分析及实验结果表明，平衡及定位电液伺服系统具有较高稳定性，基于ESO的FOPID控制算法设计出的控制器具有更好的控制性能，系统的控制精度与响应速度等均能满足系统的性能要求。

目录

声明

摘要

图表目录

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 研究的背景与动机

1．1．2 研究意义及目的

1．2 炮控系统控制策略研究

1．3 论文主要内容

2 身管平衡及定位电液伺服系统综述

2．1 身管平衡及定位电液伺服系统的组成及工作原理

2．2 系统主要技术指标

2．3 机械部分设计

2．3．1 重力矩的计算

2．3．2 三腔液压缸结构设计

2．4 液压系统设计

2．4．1 液压系统原理

2．4．2 主要液压元件技术参数

2．5 本章小结

3 平衡及定位电液伺服系统液压系统数学模型分析

3．1 液压控制系统研究方法

3．2 平衡控制原理

3．3 电液伺服系统传递函数的建立

3．3．1 伺服阀的数学模型

3．3．2 变量泵控上下腔的数学模型

3．3．3 比例减压阀控平衡腔的数学模型

3．4 系统非平衡力矩

3．5 电液伺服系统分析

3．5．1 稳定性分析

3．5．2 稳态误差分析

3．5．3 前馈控制

3．6 本章小结

4 身管平衡及定位电液伺服控制系统分数阶PID控制器设计

4．1 分数阶微积分理论

4．1．1 分数阶微积分概述

4．1．2 分数阶微积分定义

4．2 分数阶微积分框图求解法

4．3 分数阶微分算子近似

4．4 分数阶PID控制器设计

4．4．1 分数阶控制器研究现状

4．4．2 分数阶次对控制系统影响

4．5 FOPID控制器参数整定

4．5．1 相位裕量和幅值裕量法

4．5．2 极点阶数搜索法

4．5．3 智能算法的优化整定

4．6 本章小结

5 身管平衡及定位电液伺服系统控制算法研究

5．1 基于整数阶PID控制器的设计

5．2 基于PSO算法的FOPID控制器设计

5．2．1 粒子群优化算法

5．2．2 PSO参数分析

5．2．3 PSO-FOPID参数优化

5．3 基于ESO的FOPID控制器设计

5．3．1 扩张状态观测器

5．3．2 基于ESO的FOPID控制设计原理

5．4 控制器仿真分析

5．5 本章小结

6 半实物仿真试验

6．1 半实物仿真原理

6．2 Simulink实时仿真与半实物仿真接口

6．3 实验平台介绍

6．4 实验测试

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况