某车载遥控武器站的初步研究
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摘要
本文在深入研究国外遥控武器站的研究情况和发展趋势的基础上,进行了某新型遥控武器站的总体方案与结构设计,并进行了伺服控制系统和动力学等方面的深入研究。
根据拟设计的遥控武器站的各项静态及动态参数,设计了该遥控武器站转塔的具体结构,包括观瞄系统、驱动系统、稳定系统,并选配了武器系统。详细分析了永磁同步电动机的数学模型,建立了该武器站交流伺服系统被控对象的数学模型,研究了交流伺服系统的矢量控制策略。对系统的控制器进行了深入的分析和设计,并且对系统进行了常规PID控制策略的仿真,结果表明在参数匹配良好的情况下,系统可以取得较好的性能。
根据对高低机和方向机伺服系统制定的控制策略,利用电控仿真软件MATLAB和动力学仿真软件ADAMS接口模块ADAMS/Controls,对该遥控武器站控制系统和机械系统进行了联合仿真,得出了各级传动系统的运动规律。将机械部分的物理特性和动力学特性更加全面地反映到控制系统中,使高低机和方向机仿真的可信度更高,为该遥控武器站的进一步深入研究打下了坚实的基础。
On the basis of in-depth study of research situation and development trends of foreign Remote Controlled Weapon Station, the overall scheme and structure design of a new type of Remote Controlled Weapon Station are completed and a deep research to its servo control system and dynamics is carried out.
Based on the static and dynamic parameters of the aforementioned Remote Controlled Weapon Station, the concrete structures of turret, including the observation and aiming system, driving system, the stabilizing system are designed and the weapon system is also selected. The mathematical model of PMSM is elaborately analyzed, then the mathematical model of a servo system of Remote Controlled Weapon Station is set up and the major control methods of servo system are discussed. Controller design of the system is deeply investigated and the simulation of conventional PID controller of the system is done. The simulation results indicate that the system can achieve fairly good performances under good parametric matching.
Based on the control methods of elevating mechanism and traversing mechanism and by the interface module of the electronic control software MATLAB and dynamics simulation software ADAMS, the co-simulation of control system and mechanical systems is done, and the motion rules at all levels of transmission system are obtained. With the incarnation of the physics characteristics and dynamics characteristics of the machine into the control system, the reliability of the simulation is enhanced. The research results will lay a solid foundation for the further study of Remote Controlled Weapon Station.
根据拟设计的遥控武器站的各项静态及动态参数,设计了该遥控武器站转塔的具体结构,包括观瞄系统、驱动系统、稳定系统,并选配了武器系统。详细分析了永磁同步电动机的数学模型,建立了该武器站交流伺服系统被控对象的数学模型,研究了交流伺服系统的矢量控制策略。对系统的控制器进行了深入的分析和设计,并且对系统进行了常规PID控制策略的仿真,结果表明在参数匹配良好的情况下,系统可以取得较好的性能。
根据对高低机和方向机伺服系统制定的控制策略,利用电控仿真软件MATLAB和动力学仿真软件ADAMS接口模块ADAMS/Controls,对该遥控武器站控制系统和机械系统进行了联合仿真,得出了各级传动系统的运动规律。将机械部分的物理特性和动力学特性更加全面地反映到控制系统中,使高低机和方向机仿真的可信度更高,为该遥控武器站的进一步深入研究打下了坚实的基础。
On the basis of in-depth study of research situation and development trends of foreign Remote Controlled Weapon Station, the overall scheme and structure design of a new type of Remote Controlled Weapon Station are completed and a deep research to its servo control system and dynamics is carried out.
Based on the static and dynamic parameters of the aforementioned Remote Controlled Weapon Station, the concrete structures of turret, including the observation and aiming system, driving system, the stabilizing system are designed and the weapon system is also selected. The mathematical model of PMSM is elaborately analyzed, then the mathematical model of a servo system of Remote Controlled Weapon Station is set up and the major control methods of servo system are discussed. Controller design of the system is deeply investigated and the simulation of conventional PID controller of the system is done. The simulation results indicate that the system can achieve fairly good performances under good parametric matching.
Based on the control methods of elevating mechanism and traversing mechanism and by the interface module of the electronic control software MATLAB and dynamics simulation software ADAMS, the co-simulation of control system and mechanical systems is done, and the motion rules at all levels of transmission system are obtained. With the incarnation of the physics characteristics and dynamics characteristics of the machine into the control system, the reliability of the simulation is enhanced. The research results will lay a solid foundation for the further study of Remote Controlled Weapon Station.
引文
[1]朱凝华,范会兵.轻武器如虎添翼—遥控武器站.轻兵器,2006(11):10-14
[2]仲崇慧.向亲身涉险说不—遥控武器站倍受青睐.现代兵器,2005(10):44-47
[3]毛宝全.战车新元素—遥控武器站.兵器知识,2005(5):42-43
[4]李东.解析以色列大力士(RCWS-30)遥控武器站.中国网.2007
[5]李海元.以色列公布车顶遥控武器站系统RCWS-30细节.人民网.2004
[6]韩崇伟.火炮位置伺服系统的鲁棒控制与应用研究.[博士论文].西安交通大学.2003
[7]刘日宝.全数字永磁交流伺服驱动系统的研究.[硕士论文].南京航空航天大学.2004
[8]邹恩,吴文君,李祥飞,张泰山.一种新型混沌优化的模糊PID控制器设计.自动化仪表,2004,25(12):12-14
[9]范成建,熊光明,周明飞.虚拟样机软件MSC.ADAMS应用与提高.第1版.北京:机械工业出版社,2006,8
[10]何亚银.基于ADAMS和MATLAB的动力学联合仿真.现代机械,2007(5):60-61
[11]兵器工业部轻武器研究所《国外轻型步兵武器》编译组.国外轻型步兵武器.第1版.北京:国防工业出版社,1983,3
[12]卞荣宣.世界轻武器100年.第1版.北京:国防工业出版社,2004
[13]穴洪刚.转塔伺服系统设计及PID参数整定方法研究.[硕士论文].南京理工大学.2004
[14]王万清.M60式7.62mm通用机枪动力学分析及优化.[硕士论文].南京理工大学.2007
[15]姚建军.机枪系统动力学仿真及动力稳健优化设计方法研究.[博士论文].南京理工大学.2002
[16]机械设计手册编委会.机械设计手册(单行本)齿轮传动.第4版.北京:机械工业出版社,2007,3
[17]赵瑞学.某型多管火箭炮瞄准机构设计与工程分析.[硕士论文].南京理工大学.2006
[18]吴秉贤,严世泽,龚龙兴.火箭发射装置结构分析.第1版.北京:国防工业出版社,1988
[19]曾玉金.高性能交流伺服系统及其复合控制策略研究.[博士论文].浙江大学.2004
[20]秦忆.现代交流伺服系统.第2版.武汉:华中理工大学出版社,1995
[21]柴华伟.某集束防空火箭炮位置伺服系统的鲁棒控制与应用研究.[博士论文].南京理工大学.2008
[22]郭庆鼎,王成元.交流伺服系统.第1版.北京:机械工业出版社,1994
[23]马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术.第1版.北京:机械工业出版社,2003
[24]马建民,刘智飞,舒志兵.利用Matlab对PMSM伺服控制系统仿真简析.机械制造与自动化,2005(9):101-102
[25]许振伟.永磁交流伺服系统及其控制策略研究.[博士论文].浙江大学.2003
[26]舒志兵.现代伺服运动系统.第1版.哈尔滨:黑龙江人民出版社,2004,10
[27]陈伯时.电力拖动自动控制系统.第2版.北京:机械工业出版社,2002
[28]陈先锋.PMSM位置伺服的分析设计及其应用研究.[硕士论文].南京工业大学.2005
[29]B.K.博瑟,姚承三等译.交流调速系统.第1版.北京:煤炭工业出版社,1986
[30]李崇坚,王祥衍,李发海.磁场定向控制交交变频同步电机系统的数学模型.清华大学学报(自然科学版),1995,35(4):1-8
[31]陈荣,邓智泉,严仰光.永磁同步伺服系统电流环的设计.南京航空航天大学学报,2004,36(2):220-225
[32]张波,李忠,毛宗源.PWM逆变器供电的同步电机矢量控制电流环的研究和设计.控制理论与应用,1999,16(5):664-668
[33]王丰尧.滑膜变结构控制.第1版.北京:机械工业出版社,1998
[34]朱玉川.某箱式多管火箭炮快速装填与高精度自动操瞄系统研究.[博士论文].南京理工大学.2006
[35]姜玉春,吴红燕.PID控制器参数的整定.莱钢科技,2006(2):54-55
[36]仇国庆,罗宣林,王平,吴迪,杨志龙.PMSM伺服系统的PID控制器设计及仿真.重庆大学学报,2008,31(3):259-262
[37]陈立平,张云清,任卫群,覃刚等编著.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程.第1版.北京:清华大学出版社,2005
[38]郑建荣.ADAMS虚拟样机技术入门与提高.第1版.北京:机械工业出版社,2001
[39]李增刚.ADAMS入门详解与实例.第1版.北京:国防工业出版社,2006
[40]李峰,王永娟,徐诚,胡良明.虚拟样机技术及其在轻武器中的应用.计算机辅助设计与图形学学报,2006,18(6):885-888
[41]宋兰伟,张正涛.某大口径重机枪自动机动力学的虚拟样机技术研究.产品开 发与设计,2006(6):42-44
[42]华顺刚,余国权,苏铁明.基于ADAMS的减速器虚拟样机建模及动力学仿真.机械设计与研究,2006,22(6):48-49
[43]王克琦,温效朔.基于ADAMS和MATLAB的合作机器人联合仿真.机电产品开发与创新,2005,18(6):35-37
[44]支龙,昌放辉,陈立平,张玉清.汽车半主动悬架的ADAMS和MATLAB联合仿真.自动化与仪表,2004(6):43-45
[45]宋明,刘昭度,梁鹏霄.汽车制动防抱死系统的MATLAB/Simulink联合仿真.计算机仿真,2004,21(10):163-166
[46]王耀德.交直流电力拖动控制系统.第1版.北京:机械工业出版社,1994
[47]范成建,熊光明,周明飞.MSC.ADAMS应用与提高.第1版.北京:机械工业出版社,2006
[48]Teng F.C.Adaptive control scheme for a robot manipulator:Direct decoupler and PID controller.Int.J.Syst.Sci.1993,24(2):315-327
[49]Li zhuo,He shizhong,Tan shaohuo.A refined on-line rule/parameter adaptive fuzzy controller.Proc.of 3th IEEE International Conf.on Fuzzy Systems,1994:1472-1477
[50]Woo Z W,Chung H Y,Lin J J.A PID type fuzzy controller with self-tuning scaling factors.Fuzzy Sets and Systems,2000,115:321-326
[2]仲崇慧.向亲身涉险说不—遥控武器站倍受青睐.现代兵器,2005(10):44-47
[3]毛宝全.战车新元素—遥控武器站.兵器知识,2005(5):42-43
[4]李东.解析以色列大力士(RCWS-30)遥控武器站.中国网.2007
[5]李海元.以色列公布车顶遥控武器站系统RCWS-30细节.人民网.2004
[6]韩崇伟.火炮位置伺服系统的鲁棒控制与应用研究.[博士论文].西安交通大学.2003
[7]刘日宝.全数字永磁交流伺服驱动系统的研究.[硕士论文].南京航空航天大学.2004
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[10]何亚银.基于ADAMS和MATLAB的动力学联合仿真.现代机械,2007(5):60-61
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[20]秦忆.现代交流伺服系统.第2版.武汉:华中理工大学出版社,1995
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[44]支龙,昌放辉,陈立平,张玉清.汽车半主动悬架的ADAMS和MATLAB联合仿真.自动化与仪表,2004(6):43-45
[45]宋明,刘昭度,梁鹏霄.汽车制动防抱死系统的MATLAB/Simulink联合仿真.计算机仿真,2004,21(10):163-166
[46]王耀德.交直流电力拖动控制系统.第1版.北京:机械工业出版社,1994
[47]范成建,熊光明,周明飞.MSC.ADAMS应用与提高.第1版.北京:机械工业出版社,2006
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[50]Woo Z W,Chung H Y,Lin J J.A PID type fuzzy controller with self-tuning scaling factors.Fuzzy Sets and Systems,2000,115:321-326