《武器伺服系统工程实践》

第1章武器伺服系统的分类与设计输入1

1.1武器伺服系统的分类1

1.2武器伺服系统的技术指标2

1.2.1位置跟踪伺服系统2

1.2.2定位伺服系统4

1.3被控对象特性5

1.3.1负载特性5

1.3.2传动特性8

1.3.3火炮动力学与伺服系统8

1.4数学模型9

1.4.1伺服系统的构成9

1.4.2执行电机—被控对象模型10

1.4.3伺服系统模型12

第2章伺服系统的基础环节设计16

2.1负载转速、转矩和惯量的计算16

2.2工作循环与功率均方根值、最优速比18

2.2.1典型运行工作循环18

2.2.2等效正弦工作循环19

2.2.3最优减速比21

2.3电机的类型和特性22

2.3.1伺服电机的主要类型22

2.3.2伺服电机的主要参数22

2.4电机的选取和校核24

2.4.1位置跟踪伺服系统电机的选取25

2.4.2定位伺服系统电机的选取29

2.5动力传动箱的结构及参数31

2.6输出角度的测量32

2.6.1传感器精度32

2.6.2测角精度33

2.6.3两种双通道测角结构34

第3章伺服系统的工程实用设计37

3.1对数频率特性37

3.1.1希望开环对数幅频特性38

3.1.2串联和并联校正42

3.2线性区关键小时间常数TΩ及其确定方法43

3.2.1关键小时间常数概念的引入43

3.2.2TΩ的确定45

3.3基于关键小时间常数TΩ的伺服系统设计50

3.3.1一阶无差度伺服系统50

3.3.2二阶无差度伺服系统52

3.3.3伺服系统“开环基型”53

3.3.4伺服系统设计的解析方法56

3.4对扰动的响应59

3.4.1对扰动的响应与对主令响应的关系59

3.4.2扰动响应分析60

3.5复合控制62

3.5.1复合控制的设计62

3.5.2一阶无差度系统的前馈补偿63

3.5.3二阶无差度系统前馈补偿的设计65

3.5.4复合控制的跟踪精度的估算67

3.6大角度调转70

3.6.1基本准则71

3.6.2？e控制律72

3.6.3“柔化”的Bang-Bang控制74

3.7火炮伺服系统射击误差分析75

3.7.1射击力矩描述75

3.7.2线性区工作的射击误差分析（频率法）76

3.7.3非线性区（饱和）的射击误差分析79

3.7.4射击误差的补偿82

第4章三阶ITAE最优Ⅲ型伺服系统的设计及工程实践84

4.1ITAE最优调节律84

4.1.1目标函数84

4.1.2典型传递函数85

4.2三阶ITAE最优Ⅲ型系统86

4.2.1三阶ITAE最优Ⅲ型系统的标准形式86

4.2.2三阶ITAE最优Ⅲ型系统分析87

4.2.3ITAE最优Ⅲ型系统的性能仿真89

4.3三阶ITAE最优Ⅲ型系统的工程设计90

4.3.1技术要求与方案分析90

4.3.2典型伺服系统的基本固有结构91

4.3.3ITAE最优Ⅲ型系统的工程设计93

4.4数字化ITAE最优Ⅲ型系统结构与控制律的实现99

4.4.1系统实现99

4.4.2台架实验结果101

4.5三阶ITAE最优Ⅲ型数字伺服系统的工程实践102

4.5.1结构谐振102

4.5.2电机扩大机转速波动的影响103

4.5.3跟踪平稳性104

4.5.4静阻摩擦力104

第5章自整定、自适应控制与智能控制、分数阶控制106

5.1伺服系统的控制参数自整定106

5.1.1相关辨识法的基本原理107

5.1.2相关辨识法的PMSM速度环自整定113

5.1.3相关辨识法的位置环自整定119

5.1.4继电特性自整定123

5.2模型参考自适应控制125

5.2.1最简结构126

5.2.2自适应控制律的求取126

5.2.3MRAC伺服系统的实现129

5.2.4实验结果131

5.3智能PID控制136

5.3.1常规PID的物理过程分析136

5.3.2智能PID的分析137

5.3.3误差线性区的智能积分138

5.3.4智能PID的实际应用141

5.4位置伺服系统的分数阶PIα控制142

5.4.1分数阶微积分的基本概念142

5.4.2位置伺服系统的分数阶PIα控制器设计142

5.4.3分数阶PIα控制器设计的数字实现147

5.4.4仿真研究149

5.4.5试验研究158

5.4.6结论161

第6章伺服系统共性技术问题162

6.1数字伺服系统关注的几个问题162

6.1.1采样与同步162

6.1.2离散化方法与采样频率165

6.1.3数值处理167

6.1.4数据通信与可靠性171

6.2传动间隙与多电机驱动消隙173

6.2.1传动间隙对伺服系统性能的影响174

6.2.2工程设计中对传动间隙的考虑175

6.2.3多电机传动176

6.2.4双电机消隙177

6.3机械结构谐振及影响181

6.3.1电机与负载惯量间的弹性耦合182

6.3.2两种伺服系统传动结构184

6.3.3结构谐振对速度环的影响185

6.3.4结构谐振对系统性能的影响188

6.3.5ITAE-Ⅲ型伺服系统对结构谐振的适应能力分析189

6.3.6陷波器190

第7章一体化永磁同步电机位置伺服驱动器193

7.1永磁同步电机数学模型193

7.1.1永磁同步电机及坐标系193

7.1.2电压与电流的三相ABC系到两相dq系的变换194

7.1.3电压与电流的dq系到ABC系的变换196

7.1.4永磁同步电机在dq坐标系下的方程197

7.2永磁同步电机矢量控制电流环的设计198

7.2.1两种坐标系下的电流环198

7.2.2基于dq坐标系下的永磁同步电机电流环的解耦设计201

7.3永磁同步电机调速系统原理206

7.3.1PWM206

7.3.2永磁同步电机矢量控制系统214

7.4永磁同步电机调速系统最大转矩电流比控制215

7.4.1最大转矩电流比控制原理215

7.4.2最大转矩电流比工程近似算法218

7.4.3仿真研究220

7.4.4实验研究221

7.5调速系统驱动器的实现222

7.5.1全数字调速系统控制器223

7.5.2主回路动力单元225

7.6一体化、通用化与智能化位置伺服驱动器的研制225

7.6.1DSP伺服控制器226

7.6.2智能位置传感器227

7.6.3上位机人机界面与参数整定软件228

7.6.4实验结果231

第8章一体化开关磁阻电机定位伺服系统235

8.1开关磁阻电机驱动原理235

8.1.1开关磁阻电机的基本结构235

8.1.2开关磁阻电机的工作原理236

8.1.3开关磁阻电机驱动239

8.1.4开关磁阻电机运行状态分析242

8.2开关磁阻电机定位伺服系统的实现246

8.2.1系统的组成与结构246

8.2.2控制器247

8.2.3功率主回路及其驱动电路248

8.2.4控制系统软件结构249

8.3大惯性负载定位控制策略及运动特性分析252

8.3.1五段定位控制方法252

8.3.2制动段分段参数计算255

8.4实验装置运行实例256

8.4.1实验平台256

8.4.2定位过程控制量—时间曲线257

第9章压制兵器自动操瞄261

9.1将大地坐标系诸元转为火炮坐标系下诸元的自动调炮（二次调炮）261

9.1.1定义261

9.1.2误差分析与重要规律262

9.1.3二次调炮方法264

9.1.4调炮误差估算266

9.2在大地坐标系下的直接调炮（一次调炮）267

9.2.1在大地坐标系下的直接调炮的解耦268

9.2.2按坐标转换进行的解耦调炮270

9.2.3按四元数法解耦调炮274

9.3压制兵器中的定位伺服系统279

9.3.1伺服定位误差279

9.3.2定位伺服系统控制无差度的选择279

第10章射击线稳定与多伺服环大系统的跟踪瞄准282

10.1自行高炮行进间的射击线稳定282

10.1.1车体运动扰动频谱及信号特征282

10.1.2系统带宽与功率283

10.1.3惯性器件与射击线稳定285

10.1.4对基座运动的扰动分析290

10.2多伺服环大系统的跟踪—瞄准291

10.2.1一种成功应用的光电跟踪多伺服环自行高炮闭环结构292

10.2.2一种光电跟踪多伺服环闭环的新结构297

参考文献304