半自动输弹机电机控制系统设计.pdf

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1、第2期(总第183期)机械工程与自动化No．22014年O4月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATI()NApr．文章编号：1672—6413(2014)02—0157—02半自动输弹机电机控制系统设计陆明，薄玉成，王惠源，张鹏军，郭立峰，赵良伟(1．中北大学机电工程学院，山西太原030051；2．山西北方制造机械有限责任公司，山西太原030009)摘要：采用前馈补偿PID控制算法对半自动输弹机伺服电机PID控制参数进行设定。运用MATLAB／Simulink软件对控制系统进行仿真。分析推弹失败的速度曲线，得到速度波动对推弹的影响；

2、重新调整PID参数，降低了外界扰动对输弹机电机系统的扰动，得到了较好的电机速度特性．成功地将弹丸推入枪膛。关键词：半自动输弹机；PID控制；MATLAB／Simulink仿真；最优控制理论；前馈补偿中图分类号：TP273：TJ3文献标识码：A1问题的提出与分析伺服控制技术实质上是围绕以改善伺服驱动装置火炮炮弹在半自动输弹[1]时，由于输弹行程比较的静、动态特性来展开的L4]。控制系统分为三环控制，短，因此工作时间极短。当火炮需要打7O。高角时，在从外到内分别为位置环、速度环和电流环，该结构有一炮弹与推弹臂分离时刻需要保证弹丸的初速度为5个严重的缺点，就是

3、随着控制环数的增加，对于输人参m／s，在启动电机到炮弹与推弹臂分离时仅仅为140考信号的响应也逐渐变慢。为克服控制系统响应缓慢ms左右L2]。采用普通PID对交流伺服电机进行控的缺点，本文采用对内环引入前馈控制信号的方法来制很难实现，所以对输弹机的输出电机进行前馈补偿给予控制系统补偿，如图2所示。其中，，为参考输PID控制显得尤为重要，本文对其工作原理和输弹过入角度，r为参考输人角速度，J，为参考输入电流，叫程进行分析。为速度传感器反馈速度信号，为速度调节信号，i。为1．1臂式输弹机工作原理反馈电流信号。目前半自动输弹机的工作方式主要有两种：强制输弹与惯

4、性输弹。本文中分析的半自动输弹机采用的是强制输弹与惯性输弹相结合的工作方式。臂式输弹机的工作过程如图1所示：弹丸通过伺(a)推弹起始位置服电机驱动行星轮系，从而驱动摆臂推着弹丸运动，从口四图l(a)推弹起始位置，到图1(b)强制推弹结束位置，这一阶段为强制输弹过程；弹丸从图1(b)强制推弹结束位置到弹丸卡膛(惯性推弹结束)为惯性推弹过程，弹丸依靠自身的动能向前运动，直到卡膛为止。(b)强制推弹结束位置1．2臂式输弹机电机多环复合控制系统分析图1臂式输弹机工作过程图2采用补偿方法的输弹机多环控制结构图2模型仿真运用前馈补偿PID控制算法，通过基于跟踪误差收

5、稿日期i2013—08—12；修回日期：2013—10—17作者简介；陆明(1989一)，男，江苏无锡人，在读硕士研究生。主要从事武器系统测试与控制的研究。·158·机械工程与自动化2014年第2期指标的最优控制理论[5]，在装填角度为5O。下建立输弹而振荡周期尽可能大，这样才能使速度瞌线趋于平缓。机推弹速度仿真控制模型，如图3所示。通过对模型3试验过程分析进行速度仿真，得到速度仿真结果，如图4所示。3．1初次试验问题分析从图4中可以看出：在0．068S时，角速度∞达到峰初次试验结果见图5。由图5可知，在推弹过程值4652r／min，稳定角速度在4236

6、r／min左右，最大超电机加速行程上，约在电机启动后5Oms左右速度曲调量为416r／min，由于系统的工作时间小于0．2S，因线有明显波动，这应该是由外界扰动引起的。通过激此在如此短的时间内系统是无法达到最终的理想稳定光位移传感器测得输弹机在推弹过程中垂直方向的位效果。为保证系统的近似稳定，应使超调量近可能小，移波动数据，如图6所示。PositionControl图3装填角度为50。推弹速度仿真器6跟踪误差指标的最优控制理论，重新调整PID参数，‘。皇=4。；4·一降低了外界扰动对输弹机电机系统的扰动，得到了较目●●好的电机速度特性，成功地推弹入膛，并

7、且结果一致性22V＼＼较好，具有很好的实践意义。a3珧t／ms4图4速度仿真结果图图5初次试验速度曲线这种垂直方向的波动原因是：由于系统为一个柔2性推弹机构，启动时瞬间巨大的启动力矩导致架体产生纵向垂直波动。由于该波动无法避免，因此需要重t／mst／ms新修改PID参数，主要是控制积分环节的参数，以图6垂直位移S波动曲线图7调整PID参数后的速度降低丁参数来增强其抗干扰能力。试验曲线3．2修改后试验结果分析重新调整电机PID参数，在推弹机仿真器Simu—参考文献：link模型的积分环中，控制积分环节T小于0．0043，[1]梁辉。马春茂．潘江峰，等．大口

8、径火炮弹药自动装填系统将新参数应用到伺服电机上，得到成功推弹人膛的数研发现状和趋