[发明专利]一种大地坐标系下全闭环干扰速率补偿自稳定控制方法

说明书

本发明提供了一种大地坐标系下全闭环干扰速率补偿自稳定控制方法，采集SINS的航向角、俯仰角和横滚角，以及火炮的高低角和方位角；采集SINS陀螺组、炮塔陀螺组、车体陀螺的角速度值，提取大地坐标系下方位向和高低向的干扰角速率，进行滤波校正，得到方位和高低补偿角速率控制量；合并稳定控制的速率控制指令和干扰补偿角速率控制指令，作为伺服驱动的速度总指令；高低和方位伺服驱动器采集各自电机角速率，并根据速度控制指令进行高阶滑模速度控制策略计算得到电流环控制指令，驱动电机按给定的控制量控制火炮调转运动。本发明具有响应带宽高、干扰速率补偿精准等优点，实现了动基座大射角条件下的火炮身管指向高精度稳定。

技术领域

本发明属于火炮稳定控制系统领域，主要涉及需要高动态动基座下精确稳定的火炮随动系统控制方法。

背景技术

随着军事斗争的发展演变，新军事作战需求迫切需要压制武器具备行进间射击的能力，需要自行火炮能够遂行动对静、动对动的作战任务。那么火炮需要在瞄准稳定系统的控制下，克服车体由于行走的路面对车体造成的扰动，保持火炮指向稳定。此类功能在坦克武器或两栖突击炮的炮控系统早已得到实现。

专利“采用捷联惯导的火炮瞄准稳定系统控制方法”应用于力矩电机直接拖动或者性能优异减速机的自行火炮稳定系统上，其主要特点是采用捷联惯导(SINS)的航姿作为火炮随动系统的空间角度反馈，和采用SINS中的三轴角速率陀螺作为速度闭环及干扰速率补偿的速率敏感器件，并观测高低侧角器和方位侧角器的角速度，获得炮塔和车体炮塔的角速率，从而完成火炮的稳定控制。但在工程中发现，传统压制火炮经过一定的适应改进，实现火炮大射角下火炮自稳定，减速机性能较差，欠刚度，齿隙大，难以满足陀螺速度闭环的要求，甚至影响测量火炮身管指向的捷联惯导作为位置全闭环控制系统的稳定性，造成小误差抖动，齿隙“冲振”现象明显。通过安装在控制末端的捷联惯导中的陀螺推算炮塔速率和车体速率，由于受传动齿隙和刚度影响，会携带谐振产生的附加干扰角速度，其推算结果也难以满足使用要求。因而，该方法在传统高速电机结合低性能减速机上火炮难以实现火炮指向在高动态环境下精确稳定瞄准。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大地坐标系下全闭环干扰速率补偿自稳定控制方法，采用SINS作为火炮随动系统的空间角度全闭环控制系统，抑制车体姿态对火炮身管指向的扰动，实现火炮的高精度自稳定控制方法问题，同时实现高低向和方位向随动的控制解耦。针对利用SINS直接测量火炮身管指向，提高指向控制精度，又可以使自行火炮武器系统完成自主定位导航功能，本发明仍然保留传统火炮随动系统组成的侧角器，采用SINS的陀螺组、高低侧角器，炮塔陀螺组、车体陀螺等提取火炮干扰量，实现火炮的全闭环高精度自稳定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)启动控制，设定控制步数为j和i，其中j为稳定系统速度环控制步数，控制周期T_s＝1ms；i为稳定系统位置环的控制步数，控制周期T＝10ms；j和i初值为0；

(2)判断j％10＝0是否成立，若是，控制步数i值加1，并转入第(3)步；否则转入第(9)步；

(3)采集SINS的航姿角ψ(i),θ(i),其中其中ψ(i)为SINS的航向角；θ(i)为SINS的俯仰角；为SINS的横滚角；

(4)计算航向角和俯仰角的带阻滤波ψ′(i)和θ′(i)；

(5)采集高低侧角器测量值ε_b(i)和方位侧角器的测量值β_b(i)；

(6)判断是否同时接收到大地坐标下的火炮瞄准方位控制指令ψ_ref(j)、高低控制指令θ_ref(j)，若是，进入第(7)步；否则转入第(9)步；

(7)求取方位位置控制误差e_β(i)和高低位置控制误差e_ε(i)；