自动控制原理课程设计--火炮跟踪随动控制系统

舰载火箭炮伺服控制系统设计摘要：本文介绍一种舰载火箭炮伺服控制系统，基于PID控制算法，叠加前馈控制器输出提高控制系统的响应速度，根据fuzzy控制动态调整PID的比例、积分、微分参数保证控制系统的稳态精度，减小系统超调量，该控制系统具有稳定性高、响应速度快、精度高、安全性高等特点。

关键词：伺服控制；PID；fuzzy控制；前馈1.引言火箭炮是舰船武器系统的重要组成部分，火舰炮的控制精度和响应速度直接影响武器系统对目标的打击精度。

舰船武器系统主要包含火控、光瞄、火箭炮、时统等分系统，各分系统通过时统中断对时，火控台则控制各分系统协同工作，确保同一中断周期内的各分系统的数据时效性。

火控台接收光瞄设备提供的目标历史位置、弹道和海况信息解算出发射方位角、俯仰角等信息，火箭炮根据火控台提供的角度信息控制伺服调转。

1.火箭炮控制系统组成和工作原理火箭炮伺服系统分为主控模块、伺服驱动器、采样模块、安全监控模块、发射装置等，主控模块用于接收时统中断和火控台的角度指令，并控制伺服驱动器驱动发射装置调转至目标角度。

采样模块采集发射装置角度，将角度反馈给主控模块。

在调转过程中，安全监控模块实时监控发射装置状态信息，在装置过冲、过载等异常情况下，控制伺服驱动输出抱闸信号，急停发射装置。

火箭炮控制系统组成如图1所示。

图1火箭炮控制系统组成本文讨论的舰载火箭炮使用场景主要如下：1）接收火控台瞄准指令，火箭炮需要快速瞄准静态目标，等待火控台进一步指令；2）接收火控台预瞄准指令，火箭炮预调转至目标附近，根据火控台后续伺服调转指令，动态跟踪目标的运动。

根据以上使用场景，1.控制系统模型传统的PID算法难以同时满足控制系统的动态和稳态特性，为了同时保证火箭炮的响应速度和稳态精度，伺服系统控制模型采用基于PID的fuzzy+前馈控制。

PID控制用于保证火箭炮的稳态跟踪精度，模糊控制和前馈提高火箭炮的响应速度，控制模型结构图如图2所示。

作者简介：周超（1986—），女，江苏镇江人，硕士研究生，研究方向为智能控制。

多管火箭炮伺服随动系统设计及仿真周超，张龙（南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094）摘要：以某多管火箭炮伺服随动系统为背景，建立了系统的数学模型。

为满足系统高速高精度的位置控制，设计了复合模糊PID 控制器。

仿真结果表明该方法可以有效地提高火箭炮的自适应能力和鲁棒性，保证了目标跟踪精度。

关键词：多管火箭炮；模糊PID ；仿真中图分类号：TH12；TP391．9文献标志码：A文章编号：1671-5276（2012）03-0091-02Design and Simulation of Servo System for Multiple Rocket LaunchersZHOU Chao ，ZHANG Long（School of Mechanical Engineering ，Nanjing University of Science and Technology ，Nanjing 210094，China ）Abstract ：This paper takes the servo sysytem fo multi-barrel rocket launchers as the background and builds its mathematical model．To meet the high-speed and high-precision position control of this system ，it also designs the composite fuzzy PID controller．The simulation results show that the method is used to effectively improve the rocket ’s adaptive ability and robustness and ensure the ac-curacy of target tracking．Key words ：multiple rocket launchers ；fuzzy PID ；simulation0引言火箭炮通常为多管联装，是炮兵的主要火力压制武器之一，具有结构简单、火力猛、射速高、反应快和突袭性好的特点，多用于对地面目标实施射击。

位置随动系统的超前校正1 设计任务及题目要求1.1 初始条件图1.1 位置随动系统原理框图图示为一随动系统，放大器增益为Ka=59.4，电桥增益Kτ=6.5,测速电机增益Kt=4.1,Ra=8Ω,La=15mH,J=0.06kg.m/s2JL =0.08kg.m/s2,fL=0.08,Ce=1.02,Cm=37.3,f=0.2,Kb＝0.1,i=11.2 设计任务要求1、求出系统各部分传递函数，画出系统结构图、信号流图，并求出闭环传递函数；2、出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度，并设计超前校正装置，使得系统的相角裕度增加10度。

3、用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较其时域相应曲线有何区别，并说明原因。

2 位置随动系统原理2.1 位置随动系统工作原理工作原理：该系统为一自整角机位置随动系统，用一对自整角机作为位置检测元件，并形成比较电路。

发送自整角机的转自与给定轴相连；接收自整角机的转子与负载轴（从动轴）相连。

TX 与TR 组成角差测量线路。

若发送自整角机的转子离开平衡位置转过一个角度1θ，则在接收自整角机转子的单相绕组上将感应出一个偏差电压e u ，它是一个振幅为em u 、频率与发送自整角机激励频率相同的交流调制电压，即sin e em u u t ω=⋅在一定范围内，em u 正比于12θθ-，即12[]em e u k θθ=-，所以可得12[]sin e e u k t θθω=-这就是随动系统中接收自整角机所产生的偏差电压的表达式，它是一个振幅随偏差（12θθ-）的改变而变化的交流电压。

因此，e u 经过交流放大器放大，放大后的交流信号作用在两相伺服电动机两端。

电动机带动负载和接收自整角机的转子旋转，实现12θθ=，以达到跟随的目的。

为了使电动机转速恒定、平稳，引入了测速负反馈。

系统的被控对象是负载轴，被控量是负载轴转角2θ，电动机施执行机构，功率放大器起信号放大作用，调制器负责将交流电调制为直流电供给直流测速发电机工作电压，测速发电机是检测反馈元件。

课程设计名称：自动控制原理课程设计题目：火炮跟踪随动控制系统课程设计任务书一、设计题目：车载武器随动系统设计二、设计任务：设计一个随动系统，使其发射端口在要求的精度和时间范围内跟踪目标.三、设计计划：1.查阅相关资料2.确定设计方案3.进行设计并定稿四、设计要求：要求设计的随动系统在跟踪过程有足够的稳定性与快速性课程设计成绩评定表摘要随动控制系统又名伺服控制系统。

其参考输入是变化规律未知的任意时间函数。

随动控制系统的任务是使被控量按同样规律变化并与输入信号的误差保持在规定范围内。

这种系统在军事上应用最为普遍.如导弹发射架控制系统，雷达天线控制系统等。

其特点是输入为未知。

本文对一个随动系统进行研究，在准确把握研究的方向基础上，始终以系统的高运行性能为目标，在控制系统的稳定性，快速性，准确性这三者之间的固有矛盾中寻找最佳的平衡点。

通过建立模型，元件确定，参数分析，串联校正四大模块，整合自动控制理论的各个知识点，包含了经典控制理论的大部分内容，知识点相互穿插，紧密联系，并有机结合成一篇完整的论文。

目录一系统设计的步骤――――――――――――――――――――――――― 1 1.1 设计方案―――――――――――――――――――――――――――11.1.1 控制系统的基本组成――――――――――――――――――――11.1.2 系统的构造――――――――――――――――――――――――11.2 系统的方框图及开环传函――――――――――――――――――――52.1系统方框图――――――――――――――――――――――――――52.2系统开环传函―――――――――――――――――――――――――6 1.3 火炮系统的工作过程――――――――――――――――――――――6 1.4 性能指标的确定――――――――――――――――――――――――6 二控制系统方案和主要元部件的选择―――――――――――――――――7 2.1 系统方案―――――――――――――――――――――――――――7 2.2 元部件选择――――――――――――――――――――――――――7 三开环增益和静态误差计算―――――――――――――――――――――83.1 系统无测速反馈――――――――――――――――――――――――8 3.2 系统加入测速反馈―――――――――――――――――――――――83.2.1劳斯判据分析――――――――――――――――――――――――93.2.1 根轨迹分析――――――――――――――――――――――――93.2.3频域分析―――――――――――――――――――――――――10 3.3 静态误差的计算――――――――――――――――――――――――11 四动态分析和校正装置的设计――――――――――――――――――――13 五结论――――――――――――――――――――――――――――――15 六设计体会――――――――――――――――――――――――――――16 七参考文献――――――――――――――――――――――――――――17一系统设计的步骤1.1设计方案1.1.1 控制系统的基本组成:(1)控制任务：控制火炮跟踪目标，确定目标位置,适时开炮击中目标。

前言一般来说，随动控制系统要求有好的跟随性能。

位置随动系统是非常典型的随动系统，是个位置闭环反馈系统，系统中具有位置给定，位置检测和位置反馈环节，这种系统的各种参数都是连续变化的模拟量，其位置检测可用电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步器等。

位置随动系统中的给只给定量是经常变动的，是一个随机量，并要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应具有快速性、灵活性和准确性。

为了保证系统的稳定性，并具有良好的动态性能，必须设有校正装置，如在正向通道中设置串联校正装并联校正装置等，为了提高位置随动系统的控制精度，还需要增加系统的开环放大倍数或在系统中增加积分环节等。

坦克火控系统等控制系统归根结底主要是依赖于位置随动系统的控制问题，其根本任务就是以足够的控制精度通过执行机构实现被控目标即输出位置对给定量即输入位置的及时和准确的跟踪。

1.控制系统的设计步骤根据综述所述，坦克火炮控制系统可抽象为位置随动系统，主要解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量即输出位置对给定量即输入位置的及时和准确的跟踪，并要求具有足够的控制精度。

根据设计任务的要求，本设计采用双闭环系统，实现输出信号对输入信号的跟踪和复现。

初步设计的环节如下角差检测装置可以选择电位器组成的检测器，或者自整角机检测装置。

有两个运算放大器环节：第一个运放为角差检测装置，它可以选择可以选择电位器组成的检测器，或者自整角机检测装置。

第二个运算放大器：给定电压与反馈电压在此合成，产生偏差电压，将经过该运算放大器放大。

功率放大器：给定电压与反馈电压在此合成，产生偏差电压，经过放大器放大。

执行部件：系统中执行元件可选用电枢控制直流伺服电动机和两相伺服电动机，电枢控制的直流伺服电动机在控制系统中广泛用作执行机构，能够实现对被控对象的机械运动的快速控制。

减速器：减速器对随动系统的工作有重大影响，减速器速比的选择和分配将影响到系统的惯性矩，并影响到快速性。

表示。

2.积分环节()ss G 1=微分环节()()()221lg 2011lg 20T T L ωωω+-=+=()⎪⎩⎪⎨⎧〉〉--=-〈〈=+-=T T T T 1,lg 20lg 20lg 201,001lg 202ωωωω通过以上例子，可总结出开环传递函数的对数相频率特性曲线有以下特点：（1） 开环对数频率特性在低频段的形状，只与系统的开环增益 K 和积分环节的个数有关，即曲线起始段的斜率由积分环节的个数决定，即()dec dB N /20-⨯。

0型系统，()ωL 曲线起始段是高度为k lg 20的一条水平线；（2） 在交接频率处曲线的斜率变化应视典型环节而定，如遇到 惯性环节，斜率要减少20dec dB /；遇到二阶振荡环节，斜率要减少40dec dB /；遇到一阶微分环节，斜率要增加20dec dB /。

（3）绘制对数相频特性曲线()ωφ时，起始段的渐进性方向趋势为⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯2πN ，高频段的渐进性方向趋势为()⎪⎭⎫⎝⎛-⨯-2πm n ；然后再求出交接频率处的准确值，用光滑的曲线连接即得该系统的对数相频特性渐进曲线。

小结：1. 开环传递函数的对数频率特性曲线的绘制方法作业：（2） 幅值稳定裕度令幅相曲线穿越—180°相位线所对应的频率为g ω，这个频率称为相角穿越频率，此频率所对应的幅值为()g A ω。

幅值稳定裕度的定义：相角穿越频率时的幅频特性的倒数称为幅值稳定裕度，简称幅值裕度，即()g g A k ω1=对于最小相位系统，1>gk 表示闭环系统稳定，而且g k 愈大，系统愈稳定；若1<g k ，闭环系统不稳定。

（3）相位稳定裕度令幅相曲线穿越0dB 线所对应的频率为c ω，这个频率称为幅值穿越频率，此频率所对应的相位为()c ωϕ。

相位稳定裕度的定义：幅值穿越频率c ω的相频特性与-180°之差称为相位稳定裕度，简称相位裕度，即()c ωϕγ+︒=180如果闭环系统稳定，则相位裕量0>γ，并且γ愈大，闭环系统愈稳定；反之，当0<γ，闭环系统不稳定。

自动控制原理》教学大纲一、课程的性质、地位与任务本课程是电力系统自动化技术专业的基础课程。

通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方本课程系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。

通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。

二、教学基本要求了解自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。

理解典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法，以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。

熟悉暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步了解高阶系统分析方法、主导极点的概念，能利用根轨迹对系统性能进行分析，熟悉偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。

频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据，了解绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频指标的概念，以及频率特性与系统性能的关系。

基本校正方式和反馈校正的作用，掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法。

三、教学学时分配表四、教学内容与学时安排第一章自动控制系统的基本知识……4学时本章教学目的和要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。

实验六随动系统的校正（课程设计）一、实验目的1．学习使用SIMULINK进行系统仿真的方法。

2．掌握如何运用最常用的校正方法对线性系统性能进行校正。

3．借助SIMULINK验证自行设计的校正方案的正确性。

4．掌握校正的概念和设计方法。

二、实验原理及内容:SIMULINK是MATLAB的重要组成部分。

它具有相对独立的功能和使用方法，实际上它是对系统进行建模、仿真和分析的软件包。

SIMULINK的基本功能模块包括连续系统、离散系统、非线性系统、函数与表、数学运算、信号与系统、输入模块、接收模块等组成。

在这里，我们主要针对实验涉及的有关部分作简要地介绍。

1.1 SIMULINK的基本操作1.1.1SIMULINK的进入只要在MATLAB命令窗口的提示符下输入“Simulink”或者“simulink”（注意两者间大小写的区别），按回车键即可启动SIMULINK软件窗体。

如果输入的是“Simulink”，按回车键后出现的是“library：simulink”窗体（图1），此窗体内包含了SIMULINK的基本功能模块，双击其中任何一项，均会弹出此模块包含的所有子模块的窗体（图2）如下图所示：双击图1 “library：simulink” 窗体图2 “Sources”模块包含的所有子模块的窗体如果输入的是“simulink”，按回车键后出现的是“Simulink library Brower”窗体（图3），此窗体内的左下子窗体显示了SIMULINK的基本功能模块，右下的窗体显示了左边窗体选中的基本功能模块的所有子模块。

图3 “Simulink library Brower” 窗体1.1.2 窗体介绍在建模之前，你需要创建一个工作区域窗体。

创建一个工作区域的方法为，选择“File”项，然后再选择“New”菜单中的“Model”子菜单，这将弹出一个新的窗体，这个窗体就是用于构造系统模型，仿真等操作的工作区域，故称这个窗体为工作窗体。

课程设计名称：自动控制原理课程设计题目：火炮跟踪随动控制系统课程设计任务书一、设计题目：车载武器随动系统设计二、设计任务：设计一个随动系统，使其发射端口在要求的精度和时间范围内跟踪目标.三、设计计划：1.查阅相关资料2.确定设计方案3.进行设计并定稿四、设计要求：要求设计的随动系统在跟踪过程有足够的稳定性与快速性课程设计成绩评定表摘要随动控制系统又名伺服控制系统。

其参考输入是变化规律未知的任意时间函数。

随动控制系统的任务是使被控量按同样规律变化并与输入信号的误差保持在规定范围内。

这种系统在军事上应用最为普遍.如导弹发射架控制系统，雷达天线控制系统等。

其特点是输入为未知。

本文对一个随动系统进行研究，在准确把握研究的方向基础上，始终以系统的高运行性能为目标，在控制系统的稳定性，快速性，准确性这三者之间的固有矛盾中寻找最佳的平衡点。

通过建立模型，元件确定，参数分析，串联校正四大模块，整合自动控制理论的各个知识点，包含了经典控制理论的大部分内容，知识点相互穿插，紧密联系，并有机结合成一篇完整的论文。

目录一系统设计的步骤――――――――――――――――――――――――― 1 1.1 设计方案―――――――――――――――――――――――――――11.1.1 控制系统的基本组成――――――――――――――――――――11.1.2 系统的构造――――――――――――――――――――――――11.2 系统的方框图及开环传函――――――――――――――――――――52.1系统方框图――――――――――――――――――――――――――52.2系统开环传函―――――――――――――――――――――――――6 1.3 火炮系统的工作过程――――――――――――――――――――――6 1.4 性能指标的确定――――――――――――――――――――――――6 二控制系统方案和主要元部件的选择―――――――――――――――――7 2.1 系统方案―――――――――――――――――――――――――――7 2.2 元部件选择――――――――――――――――――――――――――7 三开环增益和静态误差计算―――――――――――――――――――――83.1 系统无测速反馈――――――――――――――――――――――――8 3.2 系统加入测速反馈―――――――――――――――――――――――83.2.1劳斯判据分析――――――――――――――――――――――――93.2.1 根轨迹分析――――――――――――――――――――――――93.2.3频域分析―――――――――――――――――――――――――10 3.3 静态误差的计算――――――――――――――――――――――――11 四动态分析和校正装置的设计――――――――――――――――――――13 五结论――――――――――――――――――――――――――――――15 六设计体会――――――――――――――――――――――――――――16 七参考文献――――――――――――――――――――――――――――17一系统设计的步骤1.1设计方案1.1.1 控制系统的基本组成:(1)控制任务：控制火炮跟踪目标，确定目标位置,适时开炮击中目标。

成绩课程设计报告课程设计名称：自动控制原理课程设计题目：位置随动系统的分析与设计姓名专业学号指导教师2012年12月24日设计任务书引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。

它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。

一． 设计题目：位置随动系统的分析与设计二．系统说明：该系统结构如下图所示其中：放大器增益为Ka=15，电桥增益6K ε=,测速电机增益2t k =，Ra=7Ω,La=10mH,J=0.005kg.m/s 2,J L =0.03kg.m/s 2,f L =0.08,C e =1,Cm=3,f=0.1,K b ＝0.2,i=0.02三．系统参量系统输入信号：）（tθ1系统输出信号：）（tθ2四．设计指标e；1.在单位斜坡信号x(t)=t作用下，系统的稳态误差01.0≤ss2.开环截止频率30>w；c3.相位裕度︒γ；>40c五．基本要求：1.建立系统数学模型——传递函数；2.利用频率特性法分析系统：(1)根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；(2)根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量,以检验性能指标是否满足要求。

若不满足要求，则进行系统校正。

3.利用频域特性法综合系统：(1)画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）；(2)确定校正装置传递函数的参数；(3)画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标。

若不满足，则重新确定校正装置的参数。

4.完成系统综合前后的有源物理模拟电路：六、课程设计报告：1.报告内容（包括课程设计的主要内容、基本原理以及课程设计过程中参数的计算过程和分析过程）；(1)课程设计计算说明书一份；(2)原系统组成结构原理图一张（自绘）；(3)系统分析，综合用精确Bode图各一张；（4）系统综合前后的模拟图各一张。

基于模糊PID控制的火炮随动系统张原;张永祥;陈赟【摘要】The conventional PID control technique is very mature, but for the large mass servo system, the conventional PID control technology can not meet the ideal control effect. According to this problem, adopted fuzzy PID control the control design of the artillery servo system is completed, and established the mathematical simulation model. The simulation results show that the algorithm of this paper has high precision, good robustness.%常规的PID控制技术已经很成熟,但对于大质量的随动系统,常规的PID控制技术不能满足理想的控制效果.针对这个问题,采用了模糊PID控制完成了火炮随动系统的控制设计,并建立数学仿真模型.仿真结果表明文中设计的算法要比常规的PID算法精度高,鲁棒性好.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)019【总页数】4页(P4630-4633)【关键词】模糊PID控制技术;随动系统;系统仿真【作者】张原;张永祥;陈赟【作者单位】西北工业大学电子信息学院,西安710129;西北工业大学电子信息学院,西安710129;西北工业大学电子信息学院,西安710129【正文语种】中文【中图分类】TJ303.8众所周知，常规PID算法在随动系统的控制中是常用的，但常规PID算法的弊端也是显而易见的。

自动控制原理课程设计综述坦克火控系统等控制系统归根结底主要是依赖于位置随动系统的控制问题，其根本任务就是以足够的控制精度通过执行机构实现被控目标即输出位置对给定量即输入位置的及时和准确的跟踪。

目前对新型坦克装备的火控系统的基本要求如下：快速发现、捕获和识别目标；反应时间短；远距离射击首发命中率高；坦克行进间能射击固定或运动目标；操作简便，可靠性高；配有自检系统，维修简便；具有较高的效费比。

坦克火控系统即随动系统的设计要依据性能指标的要求，选择合适的元器件和适当的控制方式，以达到性价比的最优选择。

本此设计我将各控制系统抽象为位置随动系统来进行研究。

1控制系统的设计步骤根据综述所述，坦克火炮控制系统可抽象为位置随动系统，主要解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量即输出位置对给定量即输入位置的及时和准确的跟踪，并要求具有足够的控制精度。

根据设计任务的要求，本设计采用双闭环系统，实现输出信号对输入信号的跟踪和复现。

初步设计的环节如下角差检测装置可以选择电位器组成的检测器，或者自整角机检测装置。

有两个运算放大器环节：第一个运放为角差检测装置，它可以选择可以选择电位器组成的检测器，或者自整角机检测装置。

第二个运算放大器：给定电压与反馈电压在此合成，产生偏差电压，将经过该运算放大器放大。

功率放大器：给定电压与反馈电压在此合成，产生偏差电压，经过放大器放大。

执行部件：系统中执行元件可选用电枢控制直流伺服电动机和两相伺服电动机，电枢控制的直流伺服电动机在控制系统中广泛用作执行机构，能够实现对被控对象的机械运动的快速控制。

减速器：减速器对随动系统的工作有重大影响，减速器速比的选择和分配将影响到系统的惯性矩，并影响到快速性。

初步设计的原理框图如下：i测量元件运放1—运放2功放执行电机减速器被控对象o—图1-1初步设计方框图下面的内容将重点设计系统各部分元件的选择，系统的动态性能即稳定性、平稳性以及快速性和稳态性能分析，最后将对系统的局部甚至整体进行校正，选择合适的校正装置使其满足设计任务性能指标的要求。

行进间火炮指向稳定跟踪系统建模与控制李伟;姜俊峰;任海波;张光辉【摘要】为使行进间火炮指向具备高射角条件下的稳定跟踪能力,提出了一种采用捷联惯性导航系统(SINS)测量火炮身管轴线指向,同时测量火炮身管运动角速率,完成火炮在大地坐标系下的稳定跟踪控制方法.稳定系统采用传统的三环控制,将系统的位置环和速度稳定环的主令和反馈都统一至大地坐标系下,SINS作为系统的位置环反馈,其航向和姿态测量值基于大地坐标系下完成解算.将安装在火炮上的SINS 陀螺组测量值转换至大地坐标系下的火炮方位回转角速率和高低俯仰角速率,并乘以各自传动机构的传动比后,作为速率稳定环的反馈,实现速率稳定控制.考虑炮塔、火炮回转中心与重心不重合、载体处于六自由度运动状态等因素,采用Lagrange 方法建立火炮、炮塔与载体之间动力学耦合模型,结合SINS测量模型、双电机拖动和电机伺服系统控制模型,对该控制方案进行了仿真验证.验证结果表明,火炮指向稳定跟踪系统实现方位和高低两个通道独立控制,使火炮指向在高角下保持高精度的稳定控制,在一定射角范围内具有良好跟踪性能,能够克服较宽频带载体姿态干扰,明显优于传统高炮位置解算式稳定.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2018(039)008【总页数】12页(P1479-1490)【关键词】火炮指向;稳定跟踪;捷联惯性导航系统;Lagrange方法;动力学耦合;双电机拖动【作者】李伟;姜俊峰;任海波;张光辉【作者单位】西北机电工程研究所,陕西西安712099;浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室,浙江杭州310027;西北机电工程研究所,陕西西安712099;西北机电工程研究所,陕西西安712099【正文语种】中文【中图分类】TJ303+.80 引言自行火炮具备行进间稳定瞄准跟踪射击能力是新军事斗争的迫切需求。

火炮在稳定系统控制下，与坦克或突击炮的火炮控制系统功能相似，不但要克服载体姿态变化对火炮指向的扰动，而且需具有足够的带宽跟随火力控制解算的射击诸元，但坦克属于直瞄武器，其射角低于20°，方位功率只有几千瓦。

火炮伺服系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解火炮伺服系统的基本原理，掌握其关键组成部分及其功能。

2. 学生能掌握火炮伺服系统的数学模型，并了解其建模方法。

3. 学生能了解火炮伺服系统的控制策略及其在实际中的应用。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，对火炮伺服系统进行数学建模。

2. 学生能够通过计算和仿真，分析火炮伺服系统的性能。

3. 学生能够针对特定要求，设计简单的火炮伺服系统控制策略。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对军事科技领域的兴趣和热爱，增强国防意识。

2. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力。

3. 培养学生勇于探索、敢于创新的精神，提高解决实际问题的能力。

课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，结合实际军事技术，注重理论联系实际。

学生特点：高二学生已具备一定的物理知识和数学基础，对军事科技有浓厚兴趣，具备一定的自主学习能力。

教学要求：教师应引导学生将所学知识与实际应用相结合，注重培养学生的实践能力和创新精神。

在教学过程中，分解课程目标为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 火炮伺服系统基本原理：介绍火炮伺服系统的定义、作用及其在军事领域的应用。

教材章节：《物理》选修3-4“自动控制系统”第2节。

内容：控制系统基本概念，开环与闭环控制系统，火炮伺服系统的工作原理。

2. 火炮伺服系统数学建模：学习火炮伺服系统的数学模型及其建模方法。

教材章节：《物理》选修3-4“自动控制系统”第3节。

内容：传递函数、状态空间表达式，数学建模方法，火炮伺服系统模型推导。

3. 火炮伺服系统控制策略：分析火炮伺服系统在实际应用中的控制策略。

教材章节：《物理》选修3-4“自动控制系统”第4节。

内容：PID控制原理，自适应控制，模糊控制等，以及火炮伺服系统中的具体应用。

4. 火炮伺服系统性能分析：研究火炮伺服系统的性能指标及其评价方法。

一种基于积分滑模控制技术的火炮随动系统设计潘军;秦幸妮;姜明;高魁【摘要】火炮随动系统是火控系统重要组成部分,随动系统的定位精度和调炮速度直接影响到火炮指向精度和战斗反应的快速性.描述了火炮随动系统的基于积分滑模控制技术的设计方法,实现了火炮随动系统的高精度、高鲁棒性.理论分析和仿真试验结果表明设计方法合理可行.%Artillery servo-system plays an important role in artillery fire control. Position precision and position speed directly determine the artillery fire precision and artillery maneuverability while fighting. An integral-based sliding mode artillery control technique which realized fine precision and robust of artillery servo-system is presented. A simulation result combine the theory analysis prove this technique are practicable.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)011【总页数】4页(P3113-3115,3131)【关键词】火炮随动系统;滑模控制器;辅助PI控制器;调炮精度【作者】潘军;秦幸妮;姜明;高魁【作者单位】西北机电工程研究所,咸阳712099【正文语种】中文【中图分类】TP273.3火炮随动系统是火控系统重要组成部分，由高低随动系统和方位随动系统组成，分别驱动火炮俯仰和炮塔回转，并定位在火控系统要求的位置上，可见随动系统的定位精度和调炮速度直接影响到火炮指向精度和战斗反应的快速性。