一种随动系统启制动抗冲击方法与流程

本发明属于火炮随动控制技术领域，具体涉及一种随动系统启制动抗冲击方法。

背景技术：

目前使用的随动系统，要求速度高，且具有响应快的特点，系统在做定点阶跃信号后，要求系统在启制动环节以最快的加速度达到需要的速度，而系统以某一高速运行时，对系统的冲击比较大，严重影响随动系统的稳定性及动态指标，影响系统的寿命。

由于炮塔相对于其旋转轴具有较大的转动惯量，当给定信号的速度变化较大时，在启制动阶段，不可能快速达到设定的速度，导致误差会逐渐增大，系统出现反复调节环节会给火炮带来剧烈振荡，对机械产生很大的冲击。为解决随动系统启制动冲击作用大的问题，常采用对速度进行分段处理，寻求最优引导算法，以达到速度平滑过渡的方法，而这种方法对于速度分段设计要求比较高，使得速度环设计变得比较复杂。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种随动系统启制动抗冲击方法，以解决如何提高随动系统速度平稳性和抗冲击效果的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种随动系统启制动抗冲击方法，该抗冲击方法包括如下步骤：

步骤1、通过角速度主令计算角速度误差量；包括接收随动系统角速度主令值vref，根据公式ve＝vref-vfb，计算角速度误差值ve，其中，vfb为角速度反馈值；以角速度误差值作为角速度环调节器设计依据；

步骤2、对角速度控制环进行设定；包括设定角速度控制环为pi控制；角速度环调节器st为：

其中，kpv为角速度控制环中比例系数；kiv为积分系数；

步骤3、对电流控制环进行设定；包括设定电流环调节器lt为：

其中，代表一阶惯性环节；t为电流控制环中小时间常数；

步骤4、根据电流计算输出值求取角加速度计算量；包括根据步骤1得到的角速度误差值，以及步骤2和3对角速度控制环和电流控制环进行的设定，得出电流计算输出值i，依据关系式

式中，m为转动力矩，ce为力矩系数，j为系统转动惯量，jm为电动机转动惯量，jl为负载转动惯量，ε为角加速度计算量；

求取角加速度计算量ε：

量纲转化后，得到角加速度计算量εk：

步骤5、对角加速度计算量进行限幅、限定加速上升时间；包括对角加速度计算量εk进行限幅处理，限制系统以过高角加速度进行调转操作，同时限定加速上升时间，得出角加速度值ak；

步骤6、将角加速度输出量转换为角速度反馈值；包括将角加速度值进行积分，转换为角速度反馈值vfb：

量纲转换后，得到

进一步地，在步骤2中，选取角速度控制环中比例系数kpv＝9.5，积分系数kiv＝0，角速度环调节器st＝9.5。

进一步地，在步骤3中，流控制环中小时间常数t为1.25ms，则电流环调节器lt为：

进一步地，在步骤4中，ce＝0.7n·m/a，jm＝1.4*10^-3kg·m²，jl＝0，电流计算输出值i＝300a，根据电流计算输出值，求取角加速度计算量ε为：

量纲转换后，得到角加速度计算量εk＝8.6×10⁶(°/s²)。

进一步地，在步骤5中，当角加速度值ak大于系统最大角加速度时，角加速度值ak为系统最大角加速度；当角加速度值ak小于系统最大角加速度时，角加速度值ak具有时频特性，ak＝k*t(°/s²)，其中，k为角加速度斜率。

(三)有益效果

本发明提出的随动系统启制动抗冲击方法，该方法包括通过角速度主令计算角速度误差量、对角速度控制环进行设定、对电流控制环进行设定、根据电流计算输出值求取角加速度计算量、对角加速度计算量进行限幅、限定加速上升时间，以及将角加速度输出量转换为角速度反馈值。本发明通过对角速度主令信号产生过程中的角加速度进行限幅及加速时间进行限定，使角加速度平滑过渡，使得角速度主令在期望的时间内平稳达到需要的主令值，从而降低冲击对系统的影响，提高随动系统抗冲击能力。本方法成本低，周期短，易于实现。

附图说明

图1为本发明实施例抗冲击方法结构框图；

图2为本发明实施例抗冲击方法算法流程图；

图3为本发明实施例抗冲击方法加速度变化对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种随动系统启制动抗冲击方法，该方法的整体结构如图1所示，流程如图2所示，具体包括如下步骤：

步骤1、通过角速度主令计算角速度误差量

接收随动系统角速度主令值，通过角速度主令值计算角速度误差值，作为速度环调节器设计的依据；其中，角速度误差值ve＝角速度主令值vref-角速度反馈值vfb：

本实施例中，设角速度主令值vref＝30rpm，角速度反馈值vfb＝0rpm，则角速度误差值ve＝vref-vfb＝30rpm；

步骤2、对角速度控制环进行设定

设定角速度控制环为pi控制；角速度环调节器st为：

本实施例中，选取角速度控制环中比例系数kpv＝9.5，积分系数kiv＝0，则角速度环调节器st＝9.5；

步骤3、对电流控制环进行设定

设定电流环调节器lt为：

式中，代表一阶惯性环节；

本实施例中，选取电流控制环中小时间常数t为1.25ms，则电流环调节器lt为：

步骤4、根据电流计算输出值求取角加速度计算量

根据步骤1得到的角速度误差值，以及步骤2和3对角速度控制环和电流控制环进行的设定，得出电流计算输出值i，

依据关系式

(注：忽略负载力矩的影响)

式中，m为转动力矩；ce为力矩系数；j为系统转动惯量，jm为电动机转动惯量，jl为负载转动惯量；ε为角加速度计算量；

求取角加速度计算量ε为：

量纲转化后，得到角加速度计算量εk为：

本实施例中，ce＝0.7n·m/a，jm＝1.4*10^-3kg·m²，jl＝0，电流计算输出值i＝300a，根据电流计算输出值，求取角加速度计算量ε为：

量纲转换后，得到角加速度计算量εk＝8.6×10⁶(°/s²)；

步骤5、对角加速度计算量进行限幅、限定加速上升时间

对角加速度计算量εk进行限幅处理，限制系统以过高角加速度进行调转操作，同时可根据时间限定加速上升时间，一方面保证系统的冲击性能，另一方面保证系统的快速性影响，得出角加速度值ak；

本实施例中，对照系统最大角加速度为60°/s²，由于ak＞60°/s²，则设定角加速度幅值ak＝60°/s²；又因为0到60°/s²，角加速度为突变，则设定角加速度在0.3s到达最大角加速度，则角加速度斜率为k＝200，角加速度具有时频特性，ak＝200*t(°/s²)；在进行限幅时可以设定最大值akh(60°/s)和最小值akl(-60°/s)，并分别进行比较判断；加速度变化对比如图3所示；

步骤6、将角加速度值转换为角速度反馈值

将角加速度值进行积分，转换为角速度反馈值vfb为：

根据角加速度到角速度反馈转换，其角速度反馈函数应为vfb＝ak*t(°/s)，量纲转换后，得到

步骤7、获得角速度反馈值vfb，由第一步继续循环。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。