舰载火箭炮伺服控制系统设计
基于DSP2812的火炮随动控制系统设计
基于DSP2812的火炮随动控制系统设计
季炜淞;江剑
【期刊名称】《四川兵工学报》
【年(卷),期】2012(033)012
【摘要】设计了某大口径火炮随动控制系统,该系统以TI公司的TMS320F2812辅以外围电路,构成嵌入式随动系统控制器,采用先进的PID控制算法,以CAN为通信总线实现位置闭环,通过RS232串口通信与PC机实现通信,实时监控火炮姿态。
该设计不仅充分发挥了DSP的处理速度快、适合复杂算法的特点,保证了整体系统的实时性,而且应用PC机实现了强大的监控与图形显示功能。
该系统响应快,过渡过程时间短,且超调量小,振荡次数少,输出与输入之间的误差小,兼顾了系统的动态品质和静态品质。
【总页数】3页(P21-23)
【作者】季炜淞;江剑
【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】TJ33
【相关文献】
1.基于CAN总线的火炮随动稳定性能参数测控系统设计
2.基于DSP的自行火炮数字交流随动系统设计
3.基于模型预测控制的火炮随动系统设计
4.一种基于积分
滑模控制技术的火炮随动系统设计5.基于转子磁链定向的感应电机火炮随动系统设计
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多管火箭炮伺服随动系统设计及仿真
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。
火箭炮交流伺服系统全局滑模控制
摘 要 ： 对某 火箭炮 位置 伺服 系统参 数 变化 范 围大 ， 击力矩 强等特 点 ， 出了一 种全 局 滑模 针 冲 提 控制 方 法 ， 结合伺服 系统数 学模 型对其进 行 了稳 定 性证 明 ， 并 同时对 于 控制 律 中的高 阶微分 项 ， 引 入微 分估 计器 来获取 其 高精度 估计值 。 仿真结 果表 明， 控 制方 法不仅 能够 有效 抑制抖 振 ， 证 系 该 保 统 的响 应速度 和控 制精度 ， 并且 对参 数摄 动和 负载扰 动具 有很 强 的鲁棒 性。 关键 词 ：自动控制 技术 ；火箭炮 ； 局滑模 ；永磁 同步 电动 机 全
等 以系统状 态 变量 作 为输 入 变 量 设 计 了 自适 应
模 糊 系统逼 近二 阶 系统 的等 效 控 制律 ， 好 的解 决 较 了这一 问题 ，然 而对 于三 阶 系统 ， 方 法 会 随 系 统 该 阶数 的增加 ， 使得 模糊 规则 数成倍 增加 。 本 文 针 对火 箭 炮 方位 伺 服 系统 ， 用 一 种全 局 采 滑模控 制方 法 ， 火 箭 炮方 位 运 动 的位 置控 制 问题 对 进 行研 究 。针对 伺 服 系统 数 学 模 型 ， 计 了全 局 滑 设
第 ３ ３卷 第 ６期
２０ ｌ２年 ６月
兵
工
学
报
Ｖｏ ． Ｎｏ ６ Ｉ３３ ．
ＡＣＴＡ ＡＲＭ ＡＭ ＥＮＴＡＲＩ Ｉ
Ｊ交 流伺 服 系统 全 局 滑模 控制
陈福 红 ，马 大 为 ，杨 必 武 朱 忠领 ，
（ ．南 京 理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 ，江苏 南 京 ２０ ９ ２ １ １０ ４； ．第 二 炮 兵 装备 研 究 院 ，北 京 １０８ ） ００ ５
基于DSP技术的运载火箭伺服机构数字控制器设计与实现
运载火箭控制系统是由大量仪器设备组成的复杂电气网络，其中姿控和制导系 统是其核心部分，主要由“惯性仪表—计算机—伺服系统”回路构成。惯性仪表实 时敏感火箭飞行方位、速度等飞行参数，经箭载计算机解算得出实时控制调整信息， 伺服系统接受实时位置调整参数推摆火箭发动机喷管以一定速度和方向运动，实现 运载火箭推力矢量控制。
火箭伺服系统属于位置闭环系统，包括伺服控制器和执行机构两部分组成。控 制器调整伺服回路控制性能以及与箭载计算机通信连接。执行机构负责能量输出功 能。伺服系统执行机构根据能量传递介质形式可以分成电液伺服、燃气伺服和电动 伺服三类[1]。众所周知，火箭对于箭上设备的环境适应性、体积重量、可靠性等具 有严格要求，对于中、大功率伺服执行机构采用电液伺服在体积重量、可靠性方面 存在明显优势，故火箭伺服系统一般采用电液伺服机构作为执行部件。
According to the requirement of the embedded servo controller as a remote intelligent terminal of 1553B bus, the module of TMS320F2812, a digital signal processor (DSP) chip from TI company, is selected as the core processor unit. The hardware design is based on functional power module, servo control and data bus communication module and analog/digital convert module. Using AD7862 and MUX switch chips extend a total of 22-channel
火箭炮交流伺服系统非奇异快速终端滑模控制
Ｎｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ Ｆ ａ ｓ ｔ Ｔｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ － ｓ ｌ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ － ｍｏ ｄ ｅ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒ
Ｒｏ ｃ ｋｅ ｔ Ｌａ ｕ ｎｃ ｈ ｅ ｒ Ａｌ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｎｇ Ｃｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｓｅ ｒ ｖ ｏ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
ＣＨＥＮ ＦＵ－ｈ ｏ ｎｇ， ＭＡ Ｄａ －ｗｅ ｉ ， ＬＥ Ｇｕ ｉ －ｇ ａ ｏ， ＺＨｈ ｏ ｏ １ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ， ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
火箭炮交流伺服系统非奇异快速终端滑模控制
陈福 红 ， 马 大为 ， 乐贵 高 ， 朱忠领
（ 南京理工大学 机械工程学院， 南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ）
摘 要： 针对火箭炮位置伺服系统转动惯量 变化范围大 ， 燃气流冲击力矩强 等特点 ， 引入了非奇异快速终 端滑
模 控制方法 。通过定 义非奇异快速终端 滑模 面， 使该控制方法避免 了普通终端滑模 的奇异 问题 ， 并且具备传统终端
引 言
火箭炮位置伺服系统是一种 负载变化大 、 冲击 扰 动 力矩 强 的系统 ， 传 统 控 制 策略 很 难满 足其 位 置 跟 踪 的高精 度需 求ｌ １ － ２ １ 。滑模 变结 构控 制 ［ 剖本质 是
一
大， 产 生 奇 异 点 。为 解 决 该 问题 ， 文献 ［ ７ ］ 分 析 了
基于DSP坦克炮控制伺服
火炮发射与控制学报J OU RNAL OF GUN L AUNCH &CON TROL 2006年基于DSP 的坦克炮控制伺服系统刘水泉 张长泉 韩 洋(装甲兵工程学院控制工程系,北京 100072)摘 要:针对坦克装甲车辆火炮控制系统,设计了以数字信号处理器为控制核心,以第三代智能功率模块(IPM )为逆变器,以永磁同步电机(PMSM )为驱动电机的数字交流炮控伺服系统。
系统采用F28X 系列DSP 控制器,它不但可提供强大的程序容量和运算速度,而且把马达控制中常用的硬件电路固化在芯片中,完全可以满足对电动机控制愈来愈高的性能要求。
系统的总体解决方案为以电传控制系统为基础,配以陀螺仪组、传感器及必要的机械传动装置,结果表明,整个驱动系统可靠性高,控制灵活。
关键词:自动控制技术;数字信号处理器;DSP ;驱动电路;数字控制器中图分类号:TJ81+0137 学科分类代码:510・80 文献标识码:A收稿日期:2006203220;修回日期:2006204211。
作者简介:刘水泉(1981-),男,硕士研究生。
主要研究方向:火力指挥与控制、电子稳像。
目前,我国炮控系统的控制方式主要是电液控制。
电液控制是模拟控制,与电传系统相比,虽可以有较高的性能指标,但噪声大,易泄漏,油喷出后还会导致二次效应,威胁乘员的安全;另外还有调速范围小、体积大和效率低等缺点。
相比而言,电传系统交流电机在能量传输时效率高、变换灵活。
数字控制具有模拟控制所无法比拟的许多优点,如可灵活的改变各类参数,分辨率较高,运行可靠,无温度漂移,动态响应快,还可以具有保护、故障监视、自诊断以及和上位管理机通信等功能[1,2],因此具有更高的应用价值,成为国内外在该领域研究的焦点。
1 系统总体方案设计系统采用TI 公司的F28X 系列DSP 控制器,它不但提供了大的程序容量和强大的运算速度,而且把电机控制中常用的硬件电路固化在芯片中,完全可以满足对电动机控制愈来愈高的性能要求。
舰炮随动系统满意PID控制器设计
ｉ ｔ ｂ ｅ ｅ ｒ ｎ ｙｎ ｍｉ ｅ ｐｏ ｓ ｓ ｓａ ｉｈｅ ａ ｃ ｄ ｎ ｏ ａ ｉｆ ｃ ｏ ｙ ｃ ｎｔｏｌ ｈ ｏｒ ． Ｔｈ Ｄ ｃ ｓ ａ ｌ ｒｏｒ ａ ｄ ｄ ａ ｃ ｒ ｓ ｎ ｅ ｗａ ｅ ｔ ｂｌｓ ｄ ｃ ｏｒ ｉ ｇ ｔ ｓ ｔｓ ａ ｔ ｒ ｏ ｒ ｔ ｅ ｙ ｅ ＰＩ
出 了与 给 定 指标 相 容 的满 意 Ｐ Ｄ 控 制 器 参数 的求 解 方 法 ，并验 证 ｌ 有 效 性 。 Ｉ 『 其 关 键 词 ：自动 控 制 技 术 ；满 意 控 制 理 论 ； Ｉ Ｐ Ｄ；随 动 系 统 中图 分 类 号 ： Ｊ ９ Ｔ ３１ 文献 标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ： ６ ３ ６ ２ （ ０ ９ ４０ ５ ３ １ ７ — ５ ４ ２ ０ ）０ —０ ５０
・ ６ ５ ・
火 炮 发 射 与 控 制 学 报
２０ ０ ９年 １ ２月
差对 Ｐ Ｄ控制 器参 数 的约束 ； Ｉ 系统调 节时 间 ｔ 与 超 调量 对 Ｐ Ｄ控 制器参 数 的约 束 ， 给 出多 指 标 Ｉ 并
相容 时 Ｐ Ｄ控 制器 参数 的求解 方法 。 Ｉ
Ｉ Ｏｌ Ｃｇ １Ｉ Ｃｇ ２Ｉ Ｃ ≤ ｌ，Ｉ ≤ ２、Ｉ ≤ ３ Ｃ Ｃ Ｃ ｇ ３ ）闭环 系统 的动态 性能满 足 ：
摘
要 ：传 统 的 舰 炮 随 动 系统 Ｐ Ｄ控 制 器 设 计依 赖 于 经 验 公 式 或 统 计 数 据 ，并 用 试 验 加 试 凑 的 方 法 调 试 Ｉ
参 数 以获 得 预 期 的控 制 性 能 。这种 方法 耗 时 长 ，且 难 以 满 足 舰 炮 随 动 系 统 的 高 性 能 和 多 指 标 要 求 。通 过 分 析
舰 炮 随 动 系 统 Ｐ Ｄ控 制 器 的特 点 和 设计 要求 ．依 据 满 意 控 制 理 论 ，建 立 了包 含稳 定 性 、动 态稳 定 误 差 和 动 态 Ｉ
火箭炮交流伺服系统的内模PID控制
１ 火箭炮交流伺服 系统简 介
本 系 统 采 用 三 环 控 制 方 案 ， 由位 置 环 、 流 环 和 速 度 环 组 即 电 成 。 构 如 图 １ 示 ” 。 对 该 高 速 高 精 度 的 响应 要 求 ， 结 所 Ｉ 针 系统 采用 研
（ ａ ｉ ｎｅｉ ｃｎ ＆ Ｔ ｈｏ ｇ，Ｎ ｎｎ １０４ Ｃ ａＨ ａｅ ａ ａｅ Ｌ 兰 ！ Ｎ ｎｎ Ｕ ｉｒｔｏ ｉ ｃ ｊ ｇ ｖｓｙｆＳｅ ｅ ｅ ｎｌ ｙ ａ ｉ ２０９ ） ｈｉ ｕｗ ｉ ｗ ｊ ｃ ｏ ｊｇ Ｍ Ｄ
摘 要： 火箭炮交流伺服系统是一不确定时滞对象 ， 内模控制可提高 系统稳定性和鲁棒性 ， 因此提 出了一种基于内模控制 的 ＰＤ参数整 Ｉ 定方法 。 仿真表明 ， 内模 ＰＤ控制器与常规 ＰＤ控制 器相 比， Ｉ Ｉ 具有对参数变化不敏感 以及超调和振荡小 等特 点， ，位置环含有机械传动系统的空 回及弹性变形等 非线性 因素 “ ， Ｉ 因此要求 电机 的控制系统具有强
的 鲁 棒 性 和 强抗 干扰 能 力 。而 内模 控 制 的 优 势 就 在 于 能够 表 明 调
节参数和闭环响应及鲁棒性 的关系 ，从 而兼顾 品质性能和鲁棒性
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电气 传 动 和 自动 控 制
Ｅｌｃ ｒ ｉｅ ＆ Ａｕ ｏ ｔ ｎ ｒ ｌ ｅ ｔｉ Ｄｒ ｃ ｖ ｔ ｍａ ｉ Ｃｏ ｔｏ ｃ
《 电气 自动化） ０ ６年 第 ２ ２０ ８卷 第 ５期
火箭炮 交流伺服 系统的 内模 Ｐ 制 控 Ｉ Ｄ
时滞 系 统 。 关键词 ： 箭炮 火 交 流 伺 服 系 统 内模 控 制 ＰＤ控制 Ｉ
Ａ ｓ ａ ｔ Ａ ｍ ｄａ ｔｅｃ ａａｔｒ ｔ ｓ ｈ ｔ ｃｓｒｏｙｔｍ ｆ ｃ ｅ ｌｕ ｃ ｉｇｉ ａ ｎ ｅ ｒ ｎ ｄｔ ｅ ｄ ｌ ｂ ｃ ａ ｄｔｅＩ Ｃ ｃ ｎｅ ｈ ｎ ｅｔｅ ｂ ｔ ｃ： ｉ ｅ ｔ ｈ ｈ ｒｃ ｉ ｉ ａ ａ ｖ ｓｓ ｒ ｏ ｋ ｔ ａ ｎ ｈｎ ｎ ｕ ｄ ｔ ｍｉｅ ｍ ｅ ｙｏｊ ｔ ｎ Ｍ ａ ｎ ａ ｃ ｒ ｅ ｓｃ ｔ ｅ ｅ ｏ ｒ ｓ ｅ ｉ ａ ｅ ｈ ｈ
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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。
图2控制模
型结构图
控制系统模型的输出量由前馈和PID控制器输出量组成，两者之间简单累加，不做复杂逻辑判断，其中PID控制器的参数由Fuzzy控制器在线自动整定。
控制
系统模型如下，其中F(n)为控制器输出，G(n)为前馈控制器输出，U(n)为PID控制器输出：
F(n) = U(n) + G(n)
在数字控制伺服系统中，采用离散的PID控制算法，e(n)为给定角度与当前架位角度的偏差值，Ti为积分周期，Td为微分周期，T为控制周期，以e(n)作为输入，输出控制量，PID控制器模型如下：
U(n) = Kp(e(n)++Td)
在实际应用中，一般使用简化后的PID控制模型：
U(n) = Kp*e(n)+Ki*+Kd*)
Fuzzy模型用于在线整定PID参数，Fuzzy控制模型的输入变量为误差和误差变化量，误差e(n)和误差变化量Δe(n)的模糊语言变量的词集为{ NB , NM , NS , NO , PO, PS,PM , PB }，即{负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大}，根据e(n)和Δe(n)输入值读取模糊控制表中ΔKp、ΔKi、ΔKd三个输出值，整定后的PID控制模型的Kp、Ki、Kd参数如下：
Kp = Kp0+ΔKp;
Ki = Ki0+ΔKi;
Kd = Kd0+ΔKd;
前馈控制器模型如下：
G(n) =λ*(e(n)-2*e(n-1) -e(n-2))
控制模型中引入前馈控制，用于预判火箭炮的速度变化，当给定速度变化过大时，伺服控制器需要提前加大输出量，以驱动发射装置快速调转至目标角度。
前馈控制权值λ需要根据实际调试结果确定。
1.控制系统半实物仿真结果
给定输入为阶跃信号，幅值为60°，模拟火箭炮瞄准静态目标，伺服控制系统响应曲线为图3所示。
图3阶跃信号响应
给定输入为正弦信号，周期为4s，幅值为30°，模拟火箭炮当前角度跟踪动态目标，伺服控制系统响应曲线为图4所示。
图4正弦信号响应
给定输入为阶跃+正弦信号，阶跃信号幅值为60°，正弦信号周期为4s，正弦信号幅值为20°，模拟火箭炮预瞄准目标，然后动态跟踪目标，伺服控制系统响应曲线为图5所示。
图5阶跃+正弦信号响应
参考文献
[1]周俊杰,何攀峰.基于VxWorks的实时多任务软件框架设计[J].舰船电子工程,2012,31(3):39-44
[2]徐文武,李孟委.基于模糊PID控制算法的微小型三轴稳定平台[J].仪表技术与传感器,2020(4):90-93
[3]周俊鹏,李焱.模糊自整定PID控制器在光电伺服设备中的应用[J].电气传动,2015,45(9):62-65
[4]王红茹,王建中.轻武器伺服跟踪的模糊PID变阻尼控制[J].北京理工大学学报,2009,29(10):861-864
作者介绍：
周待明，1989年10月出生，男，湖北省宜昌市人，工程师，硕士研究生学历，目前研究无源光电干扰领域。