一种考虑时滞的火炮随动系统前馈控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种火炮随动控制系统，尤其涉及随动系统的前馈控制。
【背景技术】
[0002] 传统的火炮随动系统普遍采用比例-积分（PI)控制，但是PI控制很难满足跟踪 精度和快速性的要求，因此大多数的火炮随动系统采用复合控制来提高其带宽，即在PI控 制的基础上，引入前馈补偿控制，并能很好的提高随动系统的跟踪精度。进行复合控制时， 一般需要知道随动系统的速度环增益、传动比、角度反馈系数，来计算前馈补偿系数，同时， 还必须计算随动系统角度给定的一阶和二阶微分信号，并乘以相应的前馈补偿系数，来进 行前馈补偿。如果随动系统的被控对象存在延迟环节，即被控对象为时滞系统，则采用上述 方法进行复合控制时系统的精度将会下降，这时进行前馈补偿控制时必须要考虑被控对象 的延迟时间，重新进行前馈补偿系数的计算。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种考虑时滞的火炮随动系统前馈控制方 法，并克服时滞对前馈控制带来的影响，可有效提高随动系统的跟踪精度。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0005] 第一步：采集当前时刻k随动系统的角度给定Θ(k);
[0006] 第二步：计算中间变量?#)=瓦1:[#(_-1_-1)]Λ其中，命/?-为第k-ι个采样时 刻角度估计值；
[0007] 第三步：计算第k个采样时刻角度二阶微分信号估计值旮A-) =Α；χ/〇--1)]， 其中，礙1)为第k-1个采样时刻角度一阶微分信号估计值，1和1(2均为增益，取值范围 为1/Tk~3/Tk，并满足表达式(人V7;) _ (& / 7;) =<，ωn为自然频率，Tk为采样周期；
[0008] 第四步：计算第k个采样时刻角度一阶微分信号估计值
其中，a/c)为第k个采样时刻角度二阶微分信号估计值；
[0009] 第五步：计算第k个采样时刻角度估计值
，其中，TJPT2S积分时间常数，取值范围为Tk~10Tk，；
[0010] 第六步：计算随动系统被控对象增益K=Kfjkfb/i，其中ΚΩ为随动系统速度环增 益，kfb为角度反馈系数，i为传动比；
[0011] 第七步：计算一阶微分补偿系数Κν= 1ΛΚ刀以及二阶微分补偿系数
，其中，！^为随动系统速度环时间常数，τ为随动系统被控对象延迟 时间；
[0012] 第八步：计算前馈控制器输出M々）=(幻+夂/故）：
[0013] 本发明的有益效果是：通过该算法实现的随动系统具有延迟环节的前馈控制方 法，能克服延迟时间对精度带来的影响，提高随动系统的控制精度。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0015] 本发明设Θ(k)为第k个采样时刻随动系统角度给定值，命幻为第k个采样时刻 角度估计值，命1)为第k-Ι个采样时刻角度估计值，为第k个采样时刻角度一阶微 分信号估计值，?认-1)为第k-Ι个采样时刻角度一阶微分信号估计值，贫幻为第k个采样 时刻角度二阶微分信号估计值，u(k)为中间变量，Tk为采样周期，TJPT2为积分时间常数， 取值范围为（1~l〇)Tk，KJPK2为增益，并定义ωn为自然频率，取值范围为（1~3) (1/ Tk)，并满足表达式(&/$)·(瓦2/Γ2)=<，定义ζ为阻尼比，取值范围为0.5~1，并满足表 达式ωη= 2ζ(K/L)，因此当1\、Τ2、ωη、ζ在相应的取值范围内取值时，KJPK2的计算 表达式为屯=(ωη/2ζ) · 1\，心=<TJ2 /&，则实现该计算方法的具体步骤为：
[0016]第一步：采集当前时刻随动系统的角度给定Θ(k);
[0021] 第六步：计算随动系统被控对象增益K=Kfikfb/i，其中ΚΩ为随动系统速度环增 益，kfb为角度反馈系数，i为传动比；
[0022] 第七步：计算一阶微分补偿系数心=lAKTi)，以及二阶微分补偿系数
，其中！^为随动系统速度环时间常数，τ为随动系统被控对象延迟时 间；
[0023] 第八步：计算前馈控制器输出(乂）= 乂叫々）+_tt
[0024] 实施例1 :
[0025]设Tk=10ms，T!= 10ms，T2=10ms，ωn=100s\ζ=0· 5,1=(ωη/2ζ) ·?\ =(100/2X0.5) .0.01=1，化二= ~().()lx().()i/l二-I ，ΤΩ= 23. 5ms，KΩ =0. 092,kfb= 10435,i= 160，τ= 40ms，则角度一阶微分和二阶微分的计算步骤为：
[0026]第一步：采集当前时刻随动系统的角度给定Θ(k);
[0031] 第六步：计算随动系统被控对象增益K=Kfjkfb/i= 6 ;
[0032] 第七步：计算一阶微分补偿系数1= 1/(KT丨）=16. 67s\以及二阶微分补偿系数
[0033] 第八步：计算前馈控制器输出"，(/〇 = 16.67邮)+ 122.5辦）。
[0034] 实施例2 :
[0035] 设Tk= 10ms，T!= 100ms，T2= 100ms，ωn= 300s丄，ζ=1，!^= (ωη/2ζ) ·?\ =(300/2X1) · 0. 1 = 15, =cy；TJ/Kt =300:x0.1x0.1 /15 = 60ΤΩ = 23. 5ms,KΩ = 0. 092,kfb= 10435,i= 160，τ= 40ms，则角度一阶微分和二阶微分的计算步骤为：
[0036] 第一步：采集当前时刻随动系统的角度给定Θ(k);
[0041] 第六步：计算随动系统被控对象增益K=Kfjkfb/i= 6 ;
[0042] 第七步：计算一阶微分补偿系数Kv= 1/(KT丨）=1. 67s\以及二阶微分补偿系数
[0043] 第八步：计算前馈控制器输出t+ 1·17?(λt^
【主权项】
1. 一种考虑时滞的火炮随动系统前馈控制方法，其特征在于包括下述步骤： 第一步：采集当前时刻k随动系统的角度给定Θ化）； 第二步：计算中间变量//(A·)二Κ,[0(/〇-如·-.!)]，其中，冷1)为第k-1个采样时刻角 度估计值； 第立步：计算第k个采样时刻角度二阶微分信号估计值刮A-)：=：λ'.如例--句/、---〇]，其 中，鮮/f-U为第k-1个采样时刻角度一阶微分信号估计值，Κι和Κ2均为增益，取值范围为 1/Tk~3/Τk，并满足表达式(/下）-却，ω。为自然频率，Τk为采样周期； 第四步：计算第k个采样时刻角度一阶微分信号估计值i其中， 對A)为第k个采样时刻角度二阶微分信号估计值； 第五步：计算第k个采样时刻角度估计值，其中，Τι和T2为积分 时间常数，取值范围为Tk~lOTk，； 第六步：计算随动系统被控对象增益K=Kukfb/i，其中K。为随动系统速度环增益，kfb为角度反馈系数，i为传动比； 第屯步：计算一阶微分补偿系数我=1 /仪JW及二阶微分补偿系数，其中，T。为随动系统速度环时间常数，τ为随动系统被控对象延迟 时间； 第八步：计算前馈控制器输出",.(·/〇 =心;+ 如')。
【专利摘要】本发明提供了一种考虑时滞的火炮随动系统前馈控制方法，首先采集当前时刻随动系统的角度给定，然后依次当前采样时刻角度二阶微分信号估计值、角度一阶微分信号估计值、角度估计值、随动系统被控对象增益和一阶微分补偿系数，最终得到前馈控制器输出。本发明实现的随动系统具有延迟环节的前馈控制方法，能克服延迟时间对精度带来的影响，提高随动系统的控制精度。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN105242542
【申请号】CN201510718369
【发明人】李长红, 韩耀鹏, 边党伟, 杨波
【申请人】中国兵器工业集团第二O二研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月30日