柔性身管的RBF神经网络PID控制.pdf

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1、第34卷第4期2012年4月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．34，No．4Apr．，2012柔性身管的RBF神经网络PID控制田福庆1，李克玉1，李进卫2(1．海军工程大学兵器工程系，湖北武汉430033；2．中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南郑州450015)摘要：由于舰炮身管的弯曲振动，传统的利用炮管轴角位移进行反馈控制的方法无法精确控制炮口指向。针对这一缺点，提出了一种利用炮口角位移作为随动系统位置环反馈信息的控制结构。为模拟身管的振动。应用多刚体动力学对舰炮身管进行了柔性体建模。为改进后的控制结构设计了基于RBF神经网

2、络整定PID参数的控制器，并与传统PID控制器的控制效果进行了仿真对比，验证其对于提高随动系统控制精度的有效性。关键词：柔性身管；随动系统；RBF神经网络；SimMechancis中图分类号：TJ391文献标识码：A文章编号：1672-7649(2012)04-0093-05doi：10．3404／j．issn．1672-7649．2012．04．022PIDcontrolbasedonRBFneuralnetworkofflexiblegun-tubeTIANFu．qin91，LIKe．yul，LIJin—wei2(1．DepartmentofWeaponryEng

3、ineering，NavalUnivercityofEngineering，Wuhan430033，China；2．The713ResearchInstituteofCSIC，Zhengzhou450015，China)Abstract：Thetraditionalsei'vosystemcannotprovidetheaccuratecontrolofthemuzzledirectionalitybecauseofthetubevibration。SOaimedatthedefect。acontrolstructurewhichcollectedthefeedbac

4、kdigitalinformationofpositionloopfrommuzzlewasputforward．APIDcontrollerbasedonRBFneuralnetworkwasdesignedforrealizingthepurposeofcontrollingthedirectionalityofmuzzle．WhosecontroleffectivitieswerecomparedwitheffectivitiesofthetraditionalPIDcontrollerinsimulationtests．Keywords：flexibletub

5、e；servosystem；RBFneuralnetwork；SimMechancis0引言现代小口径舰炮身管具有较大的长径比，因自重而产生一定的静弯曲¨1，并且在发射时，一般处于高速跟踪状态，转动惯量及负载力矩变化大等非线性因素，常使身管产生弯曲振动。通过对炮口振动与弹着点坐标的相关性分析，发现炮弹出口时的炮口位移与弹着点坐标存在着较好的相关性，振动直接影响散布嵋。。无论舰炮系统的振动有多复杂，其作用最终在炮口有所反映。因此，对炮口振动的研究和对炮口指向的控制就显得较为重要。文献[3]系统阐述了双电机驱动的火炮随动系统的组成，建立了该系统的模型，但没有考虑身管振动对

6、控制精度的影响。文献[4]为舰炮设计了以身管角位移作为随动系统的反馈量的火炮随动系统，试图直接对身管指向进行控制，但没有考虑身管振动对随动系统中的机电耦合产生的影响。另外在国外，也有将可编程脉冲信号发生器所产生的阻尼信号传递给火炮随动系统，以抵消火炮振动，减小火炮射弹散布的报道"J，即通过对随动系统进行反馈控制，用随动系统来补偿炮口的振动。从结果上看，有一定的效果。针对身管振动对射击精度影响较大及其非线性的特点，本文提出一种利用炮口角位移作为随动系统位置环反馈信息的控制结构，仿真验证其提高控制精度的有效性。收稿日期：2012—02-09；修回日期：2012—03一Ol

7、作者简介：田福庆(1962-)，男。教授，主要从事武器系统仿真与总体设计研究。·94·舰船科学技术第34卷l模型建立舰炮的随动系统中联系了诸多的传动装置和变速装置，同时炮耳轴和身管也影响着舰炮随动系统的控制性能。舰炮机构简图如图1所示。回图1舰炮随动系统机构简图Fig．1Structurediagramofservosystem1．1建模理论由于舰炮身管的弯曲振动控制要用计算机控制系统来实现，因此应尽量使所建立的运动方程简单和易于离散化，故选择以多体系统建立动力学方程的方法。这里以某舰炮为例，其身管的构型，包括各段长度Zi，横截面积A；，对质心的转动