多路共轴光学瞄准具和闭环火控系统

发明背景一般火控系统,特别在直升飞机和其它飞机上以及高炮系统中使用的火控系统,不能进行闭环瞄准误差校正,操作手是处在系统“环内”,至少是组成系统功能的一个部分。虽然在某种系统中可通过平视显示器给操作手提供炮弹弹道的可见指示,以提高手控瞄准精度,但是,直到现在,这种系统的瞄准精度仍不能小于10毫弧。在对较高精度的火炮瞄准系统的研究中,提出了用于高炮及其它火炮的各种闭环误差校准系统的研制方案。这些闭环系统一般用雷达跟踪目标,同时测量在目标距离上目标矩心和弹道矩心的夹角。但是,雷达闭     

火控性能参数静态测试系统

为提高武器火控静态性能指标的测试精度,设计了火控性能参数静态测试系统,用于对火炮炮身松动量、过渡过程品质、刚性、漂移速度及最大调炮速度等参数进行测试。通过相对测试的方法,运用光学测量头拍摄炮口在坐标靶上的相对运动图像,计算出相关参数。采用弹性胀套的连接方式,实现了静态测量头的可靠安装及方便拆卸。结果表明:在-30℃～+50℃环境温度下,光学系统的MTF值可达0.6以上,接近系统的衍射极限;当2=9.15,f＝50 mm时,静态测角精度0.2 mil。安装夹具适应100 mm、105 mm、125 mm火炮的固联安装,测试系统可对某型坦克炮管的相关指标进行实测,也可广泛应用于高炮、装甲车辆、舰载火控系统、坦克等多种武器装备。     

用于重离子加速器磁铁电源的数字调节器设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环上采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术、状态空间方程方法实现对磁铁电源系统数字调节器的设计,它可以实现5阶及以下各阶的调节控制。运用ARM作为调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理。电源的精度调节通过FPGA和DA/AD相结合的技术来实现,通过千兆光纤接口实现外接数字信号处理器输入信号的直接传输。同时通过光电隔离器对叠加在输入/输出32 bit数字状态量的干扰脉冲进行抑制。经现场测试该调节器达到了加速器电源系统1×10^-4量级的精度要求,并减少了电源系统的故障恢复时间。     

基于双目视觉的火炮身管指向全自动测量方法

火炮装备前或服役过程中需要进行身管指向测量以校正火控系统偏差。目前普遍使用双经纬仪进行身管指向测量,该方法的测量效率低,难以满足未来战场环境下火控系统的快速标校。提出了基于双目视觉的身管指向高精度、自动化测量方法,利用合作标志点分析身管转动,将身管转动分解为先后两次绕轴运动,结合铅垂线测量实现身管指向解算,利用LM(Levenberg-Marquardt)算法进行指向优化,得到身管指向最终结果。于实验室开展了半实物仿真,并在某火炮厂进行了实测验证。结果表明,火炮身管的高低角测量精度优于0.15°,其方向角测量精度优于0.12°,两姿态角的重复性偏差均优于0.0035°。所提方法具备高精度、高鲁棒性、全自动的优势,可实现未来战场环境下火炮身管指向的全自动测量。     

ECRH负高压脉冲电源系统控制特性研究

负高压脉冲电源是ECRH系统最重要的组成部分之一。电源系统工作的可靠性与稳定性直接影响整个ECRH系统的运行。给出了电源系统各环节的动态数学模型，设计出带有前馈的PI调节器。利用MATLAB仿真确定了调节器参数。实验结果显示，该电源系统具有较好的控制特性。     

光纤环保温腔体设计及其性能分析

为了改善光纤电流互感器温度性能,设计了引入保温腔体的光纤环传感头结构.在光纤环受温度扰动引起的热致相位差基础上,推导并建立了光纤电流互感器系统输出误差离散化数学模型,利用有限元分析软件分别建立了光纤环自身和光纤环配合保温腔体的有限元模型,仿真分析了在不同温度载荷下,保温腔体的热性能和采用设计的传感头光纤电流互感器的温度性能.仿真实验结果表明:所设计的保温腔体能有效控制光纤环中各匝光纤的温度变化范围,减缓光纤的温变速率,均化光纤环温度场;采用设计的传感头的光纤电流互感器系统输出误差范围明显减小,有效提高了系统测量精度.这对高精度的光纤电流互感器的制作和应用具有重要意义.     

某型光电跟踪系统伺服控制器建模与仿真

以某型地空导弹为背景,采用视觉伺服技术,设计了光电跟踪系统的伺服控制器;系统采用半闭环结构。通过控制对象的分析选择了永磁式直流电机作为执行机构,并建立数学模型;设计了电流环反馈,保证系统的快速响应,并可对电机进行过流保护;位置环采用串联超前校正和PA放大器;通过Bode图分析,本系统符合要求;仿真分析结果表明,本系统具有响应快、超调小等特点,并能够快速平稳的跟踪低频运动的目标。     

插入式永磁低速同步电机非奇异终端滑模观测器设计

提出一种以d-q同步旋转坐标系下, 电流为观测对象的插入式永磁同步电机的非奇异高阶终端滑模观测器, 用来获得高性能矢量控制系统所必需的电机转子位置及速度信息. 采用非奇异终端滑模控制, 提高了观测器的动态响应速度及鲁棒性, 利用高阶滑模控制技术的特性, 有效地抑制了传统滑模控制的抖振现象. 同时给出了转速环及电流环调节器的参数设计方法, 转速环调节器采用积分反馈算法, 电流环调节器使用前馈解耦内模控制技术 ,参数在线调整简单. 将该算法应用到2 MW永磁同步低速电机无传感器控制系统中, 实验结果表明, 该方法能够准确计算出电机的位置和速度, 使系统具有良好的稳态精度和动态性能.     

基于LabVIEW与Multisim的火控系统半实物联合仿真方法

针对当前装甲装备火控系统电路组成与功能特点,对火控系统维修保养过程中的故障诊断方法与测试需求进行了研究,提出了一种火控系统半实物联合仿真方法,介绍了该仿真建模方法的设计思路与实现方法。该方法可充分发挥LabVIEW和Multisim软件的优势,通过半实物联合仿真的方法,以仿真模型代替部分或者全部火控系统部组件,能够很好地实现火控系统不同级别的电路功能模拟、故障复现,快速完成故障诊断分析,解决了当前装甲装备火控系统维修诊断设备通用性差、规范化程度低、开放性差,难以真实的模拟系统级、部件级功能、故障注入和故障检测等问题,为装甲装备火控系统故障诊断与测试设备开发提供了有效平台,为基层部队开展维修训练和维护保障提供了有效途径。     

自适应模糊控制的模拟双针气压表驱动系统研究

针对目前应用于列车驾驶仿真平台中的模拟双针气压表控制系统的硬件结构及其控制策略进行了研究;以C8051F410单片机和双电机驱动控制模块BA6239为核心设计开发了表针电机驱动系统,提出了基于PWM控制技术的转速闭环控制策略;系统能够自动计算电机控制模型参数从而得到转速与PWM控制电压的关系,并通过引入自适应模糊PI转速调节器,减小系统及计算误差,提高动态响应精度;测试结果表明,基于自适应模糊控制的模拟双针气压表能够达到真车气压表的动作要求,为构建列车驾驶仿真平台提供了可靠的硬件支持。     

基于矩形谐振环的新型复合周期结构左手材料研究

通过实验及仿真研究了基于矩形谐振环的新型三角形和三矩形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角谐振环和三矩形谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,结果显示两种谐振环均能产生很好的谐振效果,即能产生负磁导率;设计、制作并实验和仿真研究了三角谐振环和三矩形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果分别在9.5—13.3GHz和9.8—12.5GHz出现良好的负折射效应,与仿真结果具有较好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 负折射 三角形谐振环 三矩形谐振环     

空空导弹制导跟踪控制器设计及其仿真

空空导弹的制导跟踪特性直接影响到导弹对目标的攻击精度;针对空空导弹控制系统的高度非线性、强耦合等特性,运用非线性控制的逆系统方法设计导弹制导稳定跟踪器,并在建立导弹质心运动数学模型和仿真的基础上,对比施加干扰和未施加干扰情况下的数值仿真结果;仿真结果表明,系统收敛速度满足要求,且具有一定的抗干扰能力,能保持稳定跟踪。     

光学消像旋的电路控制系统研究

 针对周视光电观瞄系统中机械传动装置实现光学消像旋的情况,分析了传统光学消像旋的利弊。通过简化机械装置,建立了控制对象的数学模型,根据系统实时控制处理的要求,设计了数字控制和模拟控制的混合电路,提高了系统的稳定性和可靠性。运用MATLAB/SIMULINK对控制系统的典型情况进行仿真。仿真结果表明,该电路系统都能满足精度和实时性等指标要求。     

基于CPLD的自适应高精度时统模块设计

通过分析影响时统模块自守时精度的因素,给出传统时统模块自守时精度低的原因,提出了基于CPLD的自适应高精度时统模块的硬件设计和CPLD逻辑设计方法;通过仿真及实际测试结果表明,基于CPLD的自适应高精度时统模块的自守时时钟与参考时钟的误差每小时小于3.6 ms,并且根据自守时精度的数学模型,通过提高晶振的频率可以提高模块的自守时精度。     

基于加速度反馈的上反稳瞄系统最优控制研究

针对某车载上反稳瞄系统中火炮瞄准线稳定精度0.2 mrad的要求,提出在惯性速率稳定闭环内增加高增益的加速度闭环校正,形成多闭环的控制回路,并通过ITAE(integral of time-weightde absolute error)最优控制对系统控制回路的PID参数进行整定。对上反稳瞄系统构成进行分析,对控制系统的负载、陀螺和无刷力矩电机等闭环回路进行建模仿真;利用ITAE最优控制器对多闭环控制系统的PID控制参数进行调节;对系统添加随机干扰和单位阶跃响应,测试其相关性能。测试结果表明:相比传统的调整PID参数和单速度环控制系统,基于加速度多闭环ITAE最优控制器可以使系统抗扰动性能提高约78%,超调量减小约23%,摇摆稳定精度提高约29%,可较好地满足上反稳瞄系统稳定性能的要求。     

便携式APU数控系统硬件在环仿真平台研究

针对APU控制系统硬件在环仿真平台体积大、重量大,难以满足控制器在外场测试、实验的要求,设计便携式硬件在环仿真设备。普通硬件在环仿真平台,发动机模拟功能和飞控模拟及监控功能分别使用一台工控机。为了实现便携式,综合这两个功能于一台高性能便携式PXI工控机。设计便携式信号调理箱、传感器模拟和执行机构模拟方法组成平台的硬件系统;使用LabWindows/CVI的多线程方法,提高软件实时性,设计平台的软件系统;使用系统辨识法设计APU起动停车模型,使用部件法设计APU稳态工作模型;组成硬件在环仿真平台。便携式仿真平台与电子控制器联合进行APU起动、稳态运行、停车等工作模式的仿真试验,仿真试验结果表明：该平台能够稳定、实时模拟APU工作状态。     

火炮平行性测量系统的设计

火炮瞄准轴和炮膛轴的平行性直接影响火炮弹着点的散布,是需要检测的重要静态参数之一。火炮平行性测量系统基于准直方法而设计,它以右炮管中心轴线为基准,设置与基准轴平行的瞄准光路和两条准直光路,分时对准左炮管、统调镜和瞄准镜,测量它们的轴线与右炮管中心轴的平行度。该系统能够实现35mm双管火炮的近距离单人操作目视测量,也可实现实时自动判读功能。误差分析表明,该系统的测量精度可以达到70″以内,满足设计要求。     

自由空间光通信APT系统仿真

高精度、宽带宽的激光捕获、对准和跟踪(APT)技术是自由空间激光通信的关键技术。简要的分析了APT系统的工作原理,建立了仿真的数学模型,利用Simulink语言,实现了卫星激光通信中APT过程的动态仿真,在此基础上设计了星际激光通信复合轴APT综合模拟实验系统。由该系统得出的有效抑制带宽为200～300Hz,经过粗、精两环抑制后的振动残差为1.2μrad,通过实验获得的数据与理论分析一致。仿真结果为系统的设计以及系统的可靠性提供了保证,为进一步发展空间激光通信技术提供了理论依据。     

多波长激光复合点目标运动模拟

 介绍了多光谱激光复合点目标运动模拟系统的构成和工作原理。该系统用于光电火控装备及成像导引头系统的研发及验证。3种激光波长（0.65 μm、0.808 μm、10.6 μm）可满足电视（0.4 μm～1.1 μm）和长波红外成像（8 μm～11.5 μm）光电跟踪系统的动态仿真测试。12 m半径1/4球幕在0.4 μm～12 μm宽波段漫反射率大于0.7,点目标运动范围:方位0°～ ±90°;俯仰0°～90°。该技术已用于车载防空光电火控系统半实物仿真试验评估中,跟踪精度从0.4 mrad 提高到0.2 mrad。     

高精度光电跟踪系统中伺服稳定控制算法研究

针对光电跟踪稳定平台系统中载机振动、系统参数摄动、摩擦力矩及外部扰动等因素直接影响光电跟踪系统稳定精度的问题,从伺服控制器控制角度出发抑制跟踪系统中的偏差,提高稳定精度,保证其在复杂环境下仍具有强鲁棒性。通过建立光电跟踪稳定平台系统的数学模型,分析干扰力矩、陀螺噪声及系统参数的变化对光电稳定平台的影响,设计了基于新型非线性扩张观测器（novel nonlinear extended state observer,NNESO）和滑模变结构控制（sliding mode varianle structure control,SMVSC）的复合控制策略。理论推导和仿真实验结果表明:此种复合控制策略具备对干扰力矩、外界扰动和系统结构参数摄动的完全适应性和强鲁棒性,对比无新型非线性扩张观测器的控制系统,证明其拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,在补偿非线性方面具有良好的效果,可增强光电跟踪稳定平台的抗扰动能力。