專利名稱：一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置控制參數(shù)的調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械(武器)裝備的隨動裝置，更具體地說是涉及一種用于機(jī)械(武器)裝備的隨動裝置中隨動控制器控制參數(shù)的調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
隨動裝置廣泛應(yīng)用于機(jī)械裝備，如分度轉(zhuǎn)臺、機(jī)器人、機(jī)加工設(shè)備等，特別在武器裝備中，它與雷達(dá)、指揮儀、方位水平儀、計程儀等組成火控裝置，其作用是驅(qū)動火炮、導(dǎo)彈發(fā)射裝置、激光高能武器、火箭炮發(fā)射裝置等武器裝置達(dá)到高效及時地摧毀敵方目標(biāo)之目的。隨動裝置最必須具備兩種能力，第一個是目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的瞬間迅速精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)的能力，即必須具有極為優(yōu)良的動態(tài)響應(yīng)性能；第二個是對目標(biāo)的平穩(wěn)跟蹤能力，即接近靜態(tài)情況下的跟蹤精度。為了獲得優(yōu)良的隨動控制性能，隨動裝置必須采用反饋控制。也就是說，機(jī)械(武器)裝備中運(yùn)動部件的角位移等相關(guān)運(yùn)動狀態(tài)信息必須經(jīng)傳感器反饋到隨動裝置輸入端，與隨動指令信號進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差信號，然后再由隨動控制器對誤差信號進(jìn)行控制運(yùn)算后發(fā)出控制信號，對運(yùn)動部件的方位(俯仰)實(shí)施校正。目前隨動控制器都是在前向控制回路中增加各種誤差的校正運(yùn)算。但是，前向控制回路中對誤差每增加一種運(yùn)算，事實(shí)上隨動指令信號和反饋信號同時增加了控制運(yùn)算。對隨動指令信號的每增加一種運(yùn)算就相當(dāng)于在隨動裝置的動態(tài)方程的右邊增加一個強(qiáng)迫項，使控制裝置出現(xiàn)多個強(qiáng)迫項。這樣，隨動裝置輸出就不能精確復(fù)現(xiàn)隨動指令信號。在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時，機(jī)械(武器)裝備瞄準(zhǔn)目標(biāo)所需響應(yīng)時間過長，并存在超調(diào)和振蕩現(xiàn)象；目標(biāo)機(jī)動時，機(jī)械(武器)裝備不能平穩(wěn)跟蹤，甚至丟失目標(biāo)。隨著目標(biāo)機(jī)動性能的不斷提高，對機(jī)械(武器)裝備和隨動裝置的響應(yīng)速度、運(yùn)行精度、抗干擾能力以及自動化程度等各種性能提出了越來越高的要求。當(dāng)今廣泛使用的傳統(tǒng)的公知的隨動控制方法已不能滿足要求，采用新的隨動控制裝置和控制方法是所要解決 的問題之一。目前，隨動裝置中隨動控制器控制參數(shù)并不是根據(jù)隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模型參數(shù)有的放矢進(jìn)行調(diào)整，而是直接采用試湊法或經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整隨動控制器的控制參數(shù)。這就造成隨動控制器的控制參數(shù)大小的調(diào)整比較盲目，隨動裝置的調(diào)試費(fèi)時費(fèi)力，機(jī)械(武器)裝備的控制性能難以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的要求。因此，機(jī)械(武器)裝備隨動裝置設(shè)計和調(diào)試時，如何根據(jù)隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模型參數(shù)定量地調(diào)整隨動控制器的控制參數(shù)，則是現(xiàn)有技術(shù)中有待解決的問題之二。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和缺陷，為進(jìn)一步提高隨動裝置的性能，做到能夠根據(jù)隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模型參數(shù)定量地調(diào)整隨動控制器的控制參數(shù)，而提供一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置控制參數(shù)的調(diào)整方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置控制參數(shù)的調(diào)整方法，該調(diào)整方法基于一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置，由隨動指令發(fā)生器、隨動控制器、功率驅(qū)動單元、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋檢測傳感器組成并按順序順時針方向環(huán)形連接；其中，所述隨動控制器由比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、第一減法器、第二減法器、微分系數(shù)乘法器、微分器、微分跟隨器、PDF系數(shù)乘法器、PDF跟隨器、反饋跟隨器和積分飽和限制器組成，所述比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、第一減法器和第二減法器按順序連接，所述比較器與隨動指令發(fā)生器連接并通過反饋跟隨器與反饋檢測傳感器連接，所述第一減法器通過PDF系數(shù)乘法器和PDF跟隨器與反饋檢測傳感器連接，所述第二減法器通過微分系數(shù)乘法器、微分器和微分跟隨器與反饋檢測傳感器連接，所述第二減法器還與功率驅(qū)動單元連接，所述積分飽和限制器分別與積分系數(shù)乘法器的輸出和積分器連接；所述隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)和機(jī)械裝備組成并依次相連接。本發(fā)明隨動裝置的性能不僅與隨動控制器的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，而且還受到隨動控制器中積分系數(shù)、PDF系數(shù)和微分系數(shù)這三個控制參數(shù)大小的影響。只有準(zhǔn)確地設(shè)計這三個控制參數(shù)的大小，才能獲得優(yōu)良的隨動控制性能。 要準(zhǔn)確地調(diào)整這三個控制參數(shù)的大小，首先要對隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行定量識另IJ?！爸褐耍侥馨賾?zhàn)百勝”，只有在隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)定量識別的基礎(chǔ)上，才能對隨動控制器的控制參數(shù)進(jìn)行定量地準(zhǔn)確調(diào)整。因此，本發(fā)明的一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置控制參數(shù)的調(diào)整方法，具體包括以下步驟(I)組建隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模型參數(shù)識別裝置，該裝置由階躍電壓信號發(fā)生器、功率驅(qū)動單元、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、反饋檢測傳感器以及記錄儀器組成并按順序連接，所述階躍電壓信號發(fā)生器還與記錄儀器連接；(2)利用階躍輸入信號測量隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出響應(yīng)，記錄儀器將階躍輸入信號和隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出響應(yīng)隨時間軸的變化過程同時記錄下來，直至輸出響應(yīng)進(jìn)入直線上升階段；(3)延長隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出響應(yīng)的直線上升階段直至與時間軸相交；(4)測量所述直線上升階段的斜率以及該直線段延長部分與時間軸相交的截距值；(5)將階躍輸入信號幅值除以所述直線段的斜率，得到隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效粘性阻尼系數(shù)；(6)將所述等效粘性阻尼系數(shù)和所述直線段在時間軸上的截距值相乘，得到隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效慣量。(7)選定功率驅(qū)動單元的最大輸出電壓；(8)根據(jù)機(jī)械(武器)裝備實(shí)際輸出(方位或俯仰)要求和反饋檢測傳感器的允許工作范圍，設(shè)定隨動指令信號最大值；(9)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓除以隨動指令信號的最大值，所得之商再次乘以所得之商的平方根，所得之積乘以等效慣量倒數(shù)的平方根然后再乘以七倍，得到隨動控制器的積分系數(shù)；(10)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓除以隨動指令信號的最大值，所得之商乘以十倍，得到隨動控制器的PDF系數(shù)；(11)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓乘以等效慣量再除以隨動指令信號的最大值，所得之商的平方根再乘以五倍，再減去等效粘性阻尼系數(shù)，得到隨動控制器的微分系數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是(I)本發(fā)明的隨動裝置不僅具有隨動變量本身狀態(tài)信息的反饋，而且具有與隨動變量密切相關(guān)的其它兩個狀態(tài)信息的反饋，總共實(shí)現(xiàn)了隨動變量三種狀態(tài)信息的反饋。更為獨(dú)特的是只采用了一種反饋檢測傳感器實(shí)現(xiàn)了隨動變量三種狀態(tài)信息的反饋，在工程實(shí)施中不僅方便易行，而且節(jié)省成本。(2)本發(fā)明由于該隨動控制器與眾不同的結(jié)構(gòu)形式，提高了隨動裝置的靜態(tài)和動態(tài)性能。發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時，能夠瞬時瞄準(zhǔn)目標(biāo)，即動態(tài)時對于隨動指令信號的瞬時突變，其響應(yīng)時間短且無超調(diào)和振蕩現(xiàn)象；目標(biāo)機(jī)動時，能夠精確跟蹤目標(biāo)；外界環(huán)境干擾和機(jī)械負(fù)載變化式，隨動裝置的控制性能變化不敏感。 (3)本發(fā)明隨動控制器的控制參數(shù)調(diào)整是建立在對隨動對象參數(shù)定量識別的基礎(chǔ)上，使隨動裝置的控制參數(shù)調(diào)整有的放矢，減少隨動裝置調(diào)整的盲目性，提高工作效率。(4)本發(fā)明驅(qū)動電機(jī)與機(jī)械(武器)裝備之間無需減速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動電機(jī)能夠直接驅(qū)動機(jī)械(武器)裝備。即使慢速跟蹤時也能直接驅(qū)動，跟蹤平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象，進(jìn)一步減少機(jī)械(武器)裝備的體積和重量。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的用于機(jī)械裝備的隨動裝置構(gòu)成方框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的隨動裝置隨動控制器控制參數(shù)調(diào)整方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖I和附圖2對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)敘述。如附圖I所示，是本發(fā)明實(shí)施例的用于機(jī)械裝備的隨動裝置構(gòu)成方框圖。所述隨動裝置由隨動指令發(fā)生器110、隨動控制器120、功率驅(qū)動單元130、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)140和反饋檢測傳感器150組成，隨動指令發(fā)生器110、隨動控制器120、功率驅(qū)動單元130、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)140和反饋檢測傳感器150按順序順時針方向環(huán)形連接組成閉環(huán)裝置；所述隨動控制器120由比較器1201、積分器1202、積分系數(shù)乘法器1203、第一減法器1204、第二減法器1205、微分系數(shù)乘法器1206、微分器1207、微分跟隨器1208、PDF系數(shù)乘法器1209、PDF跟隨器1210、反饋跟隨器1211和積分飽和限制器1212組成，所述比較器1201、積分器1202、積分系數(shù)乘法器1203、第一減法器1204和第二減法器1205按順序連接，所述比較器1201與隨動指令發(fā)生器110連接，所述比較器1201還通過反饋跟隨器1211與反饋檢測傳感器150連接，所述第一減法器1204通過PDF系數(shù)乘法器1209和PDF跟隨器1210與反饋檢測傳感器150連接，所述第二減法器1205通過微分系數(shù)乘法器1206、微分器1207和微分跟隨器1208與反饋檢測傳感器150連接，所述第二減法器1205還與功率驅(qū)動單元130連接，所述積分飽和限制器1212分別與積分系數(shù)乘法器1203的輸出和積分器1202連接，所述隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)140由驅(qū)動電機(jī)141、聯(lián)軸節(jié)142和機(jī)械裝備143組成并依次相連接。
當(dāng)然，隨動裝置的性能還與積分系數(shù)、PDF系數(shù)和微分系數(shù)這三個控制參數(shù)的大小密切相關(guān)。只要準(zhǔn)確地調(diào)整這三個控制參數(shù)的大小，就能使隨動裝置獲得優(yōu)良的動態(tài)性能和靜態(tài)性能。要準(zhǔn)確地調(diào)整這三個控制參數(shù)的大小，首先要對隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行定量識別。“知己知彼，方能百戰(zhàn)百勝”，只有在隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型參數(shù)定量識別的基礎(chǔ)上，才能對隨動控制器的控制參數(shù)準(zhǔn)確調(diào)整。本發(fā)明的一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置控制參數(shù)的調(diào)整方法，包括以下步驟(I)組建隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模型參數(shù)識別裝置，該裝置由階躍電壓信號發(fā)生器、功率驅(qū)動單元130、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)140、反饋檢測傳感器150以及記錄儀器組成并按順序連接，所述階躍電壓信號發(fā)生器還與記錄儀器連接；(2)利用階躍輸入信號測量隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出響應(yīng)，記錄儀器將階躍輸入信號和隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出響應(yīng)隨時間軸的變化過程同時記錄下來，直至輸出響應(yīng)進(jìn)入直線上升 階段；(3)延長隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出響應(yīng)的直線上升階段直至與時間軸相交；(4)測量所述直線上升階段的斜率以及該直線段延長部分與時間軸相交的截距值；(5)將階躍輸入信號幅值除以所述直線段的斜率，得到隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效粘性阻尼系數(shù)；(6)將所述等效粘性阻尼系數(shù)和所述直線段在時間軸上的截距值相乘，得到隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效慣量；(7)選定功率驅(qū)動單元的最大輸出電壓；(8)根據(jù)機(jī)械(武器)裝備實(shí)際輸出(方位或俯仰)要求和反饋檢測傳感器的允許工作范圍，設(shè)定隨動指令信號最大值；(9)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓除以隨動指令信號的最大值，所得之商再次乘以所得之商的平方根，所得之積乘以等效慣量倒數(shù)的平方根然后再乘以七倍，得到隨動控制器的積分系數(shù)；(10)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓除以隨動指令信號的最大值，所得之商乘以十倍，得到隨動控制器的PDF系數(shù)；(11)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓乘以等效慣量再除以隨動指令信號的最大值，所得之商的平方根再乘以五倍，再減去等效粘性阻尼系數(shù)，得到隨動控制器的微分系數(shù)。本發(fā)明的用于機(jī)械裝備的隨動裝置隨動控制器控制參數(shù)調(diào)整方法流程圖見附圖2所示，由上述步驟可見，隨動裝置調(diào)整時，首先將隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效粘性阻尼系數(shù)和等效慣量識別出來，然后就可根據(jù)所選電液功率驅(qū)動單元的最大輸入電壓和隨動指令信號的最大值這兩個限度條件，確定隨動控制器中的控制參數(shù)即積分系數(shù)、PDF系數(shù)和微分系數(shù)這三個控制參數(shù)與他們之間的定量關(guān)系。實(shí)踐證明，本發(fā)明所述方法在隨動裝置設(shè)計和調(diào)試中不僅可以節(jié)省精力和時間，而且可使機(jī)械(武器)裝備隨動裝置獲得良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。對于隨動指令信號的瞬時突變，動態(tài)響應(yīng)時間減少且無超調(diào)和振蕩，機(jī)械(武器)裝備能夠快速瞄準(zhǔn)所要打擊的目標(biāo)；跟蹤目標(biāo)時，增強(qiáng)了抵抗外界干擾和機(jī)械(武器)裝備本身變化的能力，能夠平穩(wěn)聞精度慢速跟蹤目標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置控制參數(shù)的調(diào)整方法，該調(diào)整方法基于一種由隨動指令發(fā)生器與按順序順時針方向環(huán)形連接的隨動控制器、功率驅(qū)動單元、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋檢測傳感器相連接組成的用于機(jī)械裝備的隨動裝置，其中，所述隨動控制器由比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、第一減法器、第二減法器、微分系數(shù)乘法器、微分器、微分跟隨器、PDF系數(shù)乘法器、PDF跟隨器、反饋跟隨器和積分飽和限制器組成，所述比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、第一減法器和第二減法器按順序連接，所述比較器與隨動指令發(fā)生器連接并通過反饋跟隨器與反饋檢測傳感器連接，所述第一減法器通過PDF系數(shù)乘法器和PDF跟隨器與反饋檢測傳感器連接，所述第二減法器通過微分系數(shù)乘法器、微分器和微分跟隨器與反饋檢測傳感器連接，所述第二減法器還與功率驅(qū)動單元連接，所述積分飽和限制器分別與積分系數(shù)乘法器的輸出和積分器連接；所述隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)和機(jī)械裝備組成并依次相連接；其特征在于所述調(diào)整方法包括如下步驟 (1)組建隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模型參數(shù)識別裝置，該裝置由階躍電壓信號發(fā)生器、功率驅(qū)動單元、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、反饋檢測傳感器以及記錄儀器組成并按順序連接，所述階躍電壓信號發(fā)生器還與記錄儀器連接； (2)利用階躍輸入信號測量隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出響應(yīng)，記錄儀器將階躍輸入信號和隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出響應(yīng)隨時間軸的變化過程同時記錄下來，直至輸出響應(yīng)進(jìn)入直線上升階段； (3)延長隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出響應(yīng)的直線上升階段直至與時間軸相交； (4)測量所述直線上升階段的斜率以及該直線段延長部分與時間軸相交的截距值； (5)將階躍輸入信號幅值除以所述直線段的斜率，得到隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效粘性阻尼系數(shù)； (6)將所述等效粘性阻尼系數(shù)和所述直線段在時間軸上的截距值相乘，得到隨動裝置中隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效慣量； (7)選定功率驅(qū)動單元的最大輸出電壓； (8)根據(jù)機(jī)械(武器)裝備實(shí)際輸出(方位或俯仰)要求和反饋檢測傳感器的允許工作范圍，設(shè)定隨動指令信號最大值； (9)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓除以隨動指令信號的最大值，所得之商再次乘以所得之商的平方根，所得之積乘以等效慣量倒數(shù)的平方根然后再乘以七倍，得到隨動控制器的積分系數(shù)； (10)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓除以隨動指令信號的最大值，所得之商乘以十倍，得到隨動控制器的PDF系數(shù)； (11)將功率驅(qū)動單元最大輸出電壓乘以等效慣量再除以隨動指令信號的最大值，所得之商的平方根再乘以五倍，再減去等效粘性阻尼系數(shù)，得到隨動控制器的微分系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于機(jī)械裝備的隨動裝置控制參數(shù)的調(diào)整方法，該調(diào)整方法基于一種由隨動指令發(fā)生器與依次順時針環(huán)形連接的隨動控制器、功率驅(qū)動單元、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋檢測傳感器相連接組成的用于機(jī)械裝備的隨動裝置，步驟是先組建隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)辨識裝置，采用階躍輸入測量隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出響應(yīng)的方法辨識其模型參數(shù)，由輸出響應(yīng)穩(wěn)態(tài)直線上升段的延長線與時間軸相交的截距值辨識隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的等效粘性阻尼系數(shù)和等效慣量，再根據(jù)功率驅(qū)動單元最大輸出電壓、隨動指令最大值、隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等效粘性阻尼系數(shù)和等效慣量調(diào)整隨動控制器的積分系數(shù)、PDF系數(shù)和微分系數(shù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)調(diào)整有的放矢，提高了隨動裝置的靜態(tài)和動態(tài)性能。
文檔編號G05B13/04GK102914971SQ201210432090
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者曾文火, 朱鵬程 申請人:江蘇科技大學(xué)