[发明专利]采用捷联惯导的火炮瞄准稳定系统控制方法

摘要

本发明提供了一种采用捷联惯导的火炮瞄准稳定系统控制方法，首先采集捷联惯导陀螺组所测量的三轴角速率并转换至大地坐标系下的角速率；然后计算车体系下高低和方位调转角速率、炮塔俯仰和横滚角速率以及车体航向角速率；其次，接受稳定控制指令，采集位置反馈，大幅调转时控制驱动器工作于调速模式；进入稳定模式后进行位置、前馈控制，速率稳定、速率干扰补偿控制，控制驱动器工作于电流或力矩模式；当达到稳定精度后上报瞄准好。本发明控制精度高，节约了成本，提高了可靠性。

主权项

一种采用捷联惯导的火炮瞄准稳定系统控制方法，其特征在于包括下述步骤：(1)设定速度环控制补偿的控制步数k的初值为0，k逐一增加；设定速度环控制补偿的控制周期Ts＝1ms；(2)采集捷联惯导陀螺组所测量的三轴角速率ωp(k)＝[ωpx(k) ωpy(k) ωpz(k)]T；(3)计算身管在大地坐标下的航向和抚养调转角速率其中，ψ(j),θ(j),为SINS输出的航向角、俯仰角和横滚角；j为位置环计算步数；(4)采集方向侧角器和高低侧角器的测量值βb(k),εb(k)；利用非线性观测器提取炮塔在车体上、火炮在炮塔上的调转角速率e1(k)=z11(k)-βb(k)z11(k)=z11(k-1)+Ts(z12(k-1)-β11fal(e1(k),α,δ))z12(k)=z12(k-1)-Tsβ12fal(e,α,δ)]]>e2(k)=z1(k)-ϵb(k)z21(k)=z21(k-1)+Ts(z22(k-1)-β21fal(e2(k),α,δ))z22(k)=z22(k-1)-Tsβ22fal(e2(k),α,δ)]]>其中e1(k),e2(k)为观测误差，α，δ分别为fal函数的参数0.01≤α≤1，0.01≤δ≤1，β11,β12,β21,β22分别为方向侧角器和高低侧角器的一阶、二阶增益，z11(k)、z21(k)分别为βb(k),εb(k)的估计值，z12(k)、z22(k)分别为的估计值；(5)计算炮塔的俯仰和横滚角速率ωhx(k),ωhy(k)：(6)计算车体的航向角速率(7)设定位置控制的控制步数j的初值为0，j逐一增加，位置控制的控制周期为10ms；判定k值，若k为10的倍数时，执行第(8)步，否则跳转至第(18)步；(8)接收捷联惯导的航向、姿态和横滚角ψ(j),θ(j),(9)接收大地坐标下的火炮瞄准控制指令ψref(j),θref(j)，包含其中，ψref(j),θref(j)分别为航向和姿态角；(10)判断调炮控制误差eβ(j)＝ψref(j)‑ψ(j)和eε(j)＝θref(j)‑θ(j)，若调炮控制误差eβ(j)≥eβmax或eε(j)≥eεmax，转入步骤(11)；否则，转入步骤(14)；(11)计算大幅调转下的方位随动伺服驱动器的速度控制指令其中：keβ为根号e控制系数；umaxsβ和uminsβ为PI控制器输出的上限和下限；(12)计算大幅调转下的高低随动伺服驱动器的速度控制指令其中：keε为根号e控制系数；umaxsε和uminsε为控制器输出的上限和下限；(13)设定驱动器工作在调速模式，通过CAN总线分别向方位和高低伺服驱动器发送速度控制指令(14)计算方位和高低位置控制系统的前馈控制量ufβ(j),ufε(j)其中，kfβ,kfε分别为方位和高低系统的前馈控制器系数；(15)计算高低和方位干扰速度补偿量udβ(j),udε(j)：其中，分别为高低和方位随动的干扰速率；kdβ1,kdβ2,kdβ3分别为方位补偿器的综合系数；kdε1,kdε2,kdε3,分别为高低补偿器的综合系数；(16)计算稳定条件下的方位随动伺服驱动器的速度控制指令upsβ(j)＝Kpsβesβ(j)upresatsβ(j)＝upsβ(j)+uisβ(j)+ufβ(j)+udβ(j)其中：upsβ(j)为比例控制项；uisβ(j)为积分控制项；uimaxsβ和uiminsβ为积分控制器输出的上限和下限，uimaxsβ＝max(0,umaxsβ‑upeβ(j))，uiminsβ＝min(uminsβ‑upeβ(j),0)；Kpsβ为PI比例控制系数；Kisβ为积分系数；(17)计算稳定条件下的高低随动伺服驱动器的速度控制指令upsε(j)＝Kpsεesε(j)upresatsε(j)＝upsε(j)+uisε(j)+ufε(j)+udε(j)其中：upsε(j)为比例控制项；uisε(j)为积分控制项；uimaxsε和uiminsε为积分控制器输出的上限和下限，uimaxsε＝max(umaxsε‑upsε(j),0)，uiminsε＝min(uminsε‑upsε(j),0)；Kpsε为PI比例控制系数；Kisε为积分系数；(18)计算稳定条件下的方位随动伺服驱动器的电流控制指令upcβ(k)＝Kpcβecβ(k)upresatcβ(k)＝upcβ(k)+uicβ(k)其中：upcβ(j)为比例控制项；uicβ(j)为积分控制项；umaxcβ和umincβ为PI控制器输出的上限和下限，uimaxcβ和uimincβ为积分控制器输出的上限和下限，uimaxcβ＝max(0,umaxcβ‑upeβ(k))，uimincβ＝min(umincβ‑upeβ(k),0)；Kpcβ为PI比例控制系数；Kicβ为积分系数；iβ为方位传动的减速比；(19)计算稳定条件下的高低随动伺服驱动器的电流控制指令upcε(k)＝Kpcεecε(k)upresatcε(k)＝upcε(k)+uicε(k)其中：upcε(j)为比例控制项；uicε(j)为积分控制项；umaxcε和umincε为PI控制器输出的上限和下限，uimaxcε和uimincε为积分控制器输出的上限和下限，uimaxcε＝max(umaxcε‑upcε(k),0)，uimincε＝min(umincε‑upcε(k),0)；Kpcε为PI比例控制系数；Kicε为积分系数；iε为高低随动传动的减速比；(20)设定驱动器工作在力矩模式，通过CAN总线向伺服驱动器发送电流指令；(21)若eβ(j)＜eβmin,eε(j)＜eεmin，通过CAN总线向瞄准手上报瞄准好状态。