炮控系統(tǒng)電動負載模擬器辨識與智能控制研究.pdf

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭對火炮的機動性、快速性、可靠性和準確性均提出了較高的要求。炮控系統(tǒng)作為火炮的控制核心，配合現(xiàn)代化智能彈藥，是實現(xiàn)“先敵開火，首發(fā)命中”的重要保證。由于在火炮調(diào)轉(zhuǎn)和射擊時炮控系統(tǒng)負載端受力復雜多變，產(chǎn)生的干擾力矩對炮控系統(tǒng)性能影響較大。電動負載模擬器能夠?qū)崟r模擬炮控系統(tǒng)負載端的載荷變化，在炮控系統(tǒng)研制總裝前對其動態(tài)性能進行調(diào)試和考核，可有效地縮短炮控系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)周期。由于電動負載模擬器自身存在復雜的非線性，傳統(tǒng)控制方法難以保證

2、較高的控制精度。因此，對電動負載模擬器數(shù)學模型辨識和控制策略進行深入研究，可進一步提高電動負載模擬器力矩電機的跟蹤精度，具有重要的理論意義和工程應用價值。
　　本論文的主要研究工作集中在以下幾個方面:
　　(1)分析炮控系統(tǒng)電動負載模擬器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，并采用矢量控制方法推理交流永磁同步電機的數(shù)學表達式;在研究該型電動負載模擬器的電流環(huán)、速度環(huán)、和位置環(huán)基礎(chǔ)上，分別建立炮控系統(tǒng)電動負載模擬器力矩電機和位置電機的數(shù)學模型

3、;研究討論該系統(tǒng)中存在的不確定性因素，并深入分析其對系統(tǒng)性能的影響，為系統(tǒng)辨識、控制和半實物仿真的研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)由于電動負載模擬器存在復雜的非線性因素，難以建立系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，因此提出基于自適應差分進化的變結(jié)構(gòu)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能算法進行系統(tǒng)辨識。選取偽隨機多幅值和線性調(diào)頻信號作為辨識輸入數(shù)據(jù)，結(jié)合文中提出的多種辨識算法，利用t檢驗對相關(guān)性能指標進行重要性評估，比較各種智能算法對系統(tǒng)辨識的精度，驗證所提出辨識算

4、法的有效性和實用性。此外，構(gòu)建的精確辨識模型對電動負載模擬器控制器的研究提供了仿真平臺，可有效評估相應控制器的有效性和實用性。
　　(3)在模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、粒子群、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法的基礎(chǔ)上，綜合考慮智能算法內(nèi)在優(yōu)點和電動負載模擬器自身特點，規(guī)避相關(guān)算法存在的缺點，分別提出了基于動態(tài)補償模糊多分辨率的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DCFMWNN)控制器和基于雙滑模面粒子群變結(jié)構(gòu)的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(2S-PSOWNN with SL)控制

5、器，并在Lyapunov穩(wěn)定意義下分別分析所提出控制器的穩(wěn)定性。最后通過收斂分析、階躍響應、正弦跟蹤等仿真與試驗，表明兩種控制器均能夠滿足系統(tǒng)辨識指標要求。
　　(4)介紹炮控系統(tǒng)電動負載模擬器的硬件組成和軟件設(shè)計，搭建炮控系統(tǒng)電動負載模擬器半實物仿真試驗平臺。并將上文提出的DCFMWNN和2S-PSOWNN with SL控制器，分別應用在電動負載模擬器的多余力矩抑制能力、變梯度加載試驗和魯棒性能試驗中。試驗結(jié)果表明兩種控制器均