大口径非平衡柔性身管同源平衡及定位控制新方法研究

Aiming at the urgent problems in current researches on precise positioning of unblanced flexible barrel with large caliber, a novel iso- actuation hydraulic servo system for barrel balancing and positioning with hydraulic cylinders possessing three cavities is proposed in this project, which can be characterized as follows: the internal and external out of balance disturbances will be actively compensated by the balancing cavity of the cylinder, and the positioning will simultaneously be processed by the driving cavities of the cylinder. By means of theoritical analysis and experiment testing, the complex nonlinear dynamics behaviors of the motions of the barrel will be studied and precisely described; the hydraulic and mechatronic system for active balancing of the out of balance disturbances and simultaneous positioning of the barrel will be developed, and the optimal path of it will be determined by means of multi-objective optimization methods; a novel iterative learning control strategy possessing both time and frequency domain characteristics will be proposed for the gun control systems by fully exploring the characteristics of the motion system. By the studies constructed in this project, the disturbance rejection and the precise positioning of the barrel will be achieved. Simultaneously, the light weight and the impact structures of the system will be obtained. Moreover, the realization of this project will provide theoretical foundations and technical support for the development of novel weapon systems, motion control of heavy machinery arms, motion control of space-borne manipulators and so on.

针对大口径非平衡柔性身管高精度定位控制研究工作中存在的诸多亟待解决的关键问题，本项目提出一种基于三腔动力液压缸伺服系统的身管同源平衡及定位控制新方法，其主要特征在于：利用动力液压缸的平衡腔实现系统非平衡力的主动平衡补偿，同时利用其驱动腔实现身管的精准定位驱动。本项目结合理论分析及实验测试研究方法，致力于研究身管运动过程中存在的复杂非线性动力学特征及其精确描述方法；致力于研发用于身管非平衡力主动平衡及同步定位机电液系统，发展多目标性能约束下身管运动最优轨迹确定方法；针对身管运动特征，致力于研究时频域混合自适应迭代学习控制策略。通过本项目的研究，将有效抑制身管运动系统非平衡扰动并实现其精准定位，这将大幅减轻系统质量并紧凑硬件布局。本项目的研究将为新型火力系统的研发，以及具有类似长杆机构负载的重型工程机械机械臂的运动控制、空间机械臂运动控制等提供理论基础及技术支撑。

针对大口径非平衡柔性身管高精度定位控制研究工作中存在的诸多亟待解决的关键问题，本项目提出一种基于三腔动力液压缸的身管同源平衡及定位控制新方法。采用理论分析与实验测试相结合的研究方法，本项目研发了基于三腔动力液压缸的大口径非平衡身管同源平衡及定位电液伺服系统；研究了大口径非平衡身管同源平衡及定位电液伺服系统存在的非线性和时变性因素，构建了其非线性模型；研究了大口径非平衡身管的一类自适应同源平衡及定位控制方法。.将所研究的一类自适应控制方法应用于大口径非平衡身管同源平衡及定位电液伺服系统，通过Matlab数值仿真和台架试验表明，所研究控制策略的阶跃响应未产生超调量，且进入±0.5236mrad误差带的时间为2.56s，重力矩与平衡力矩的误差小于8Nm；阶跃响应受到方波干扰时，在所研究策略控制下实际位置值偏离目标值的最大值为0.0041rad；等速跟踪受到正弦扰动时，在所研究策略控制下的最大跟踪误差约为0.0024rad，重力矩与平衡力矩的最大误差小于23Nm。由此可知，所研究控制方法对位置控制具有较高的控制精度、对外部力矩扰动具有较好的鲁棒性，平衡控制器可以实现重力矩的高精度主动平衡。.本项目所研究的大口径非平衡身管同源平衡及定位控制方法的优点在于：采用同一驱动源实现系统非平衡力矩的主动平衡及身管高精度定位控制，这将极大地降低大口径武器的质量，实现系统轻量化要求。此外，本项目致力于发展并完善的一类自适应控制策略，为实现大口径柔性非平衡身管的高精度、鲁棒性定位控制提供理论依据及技术基础，极大地提高了伺服系统的稳定性、精度及对扰动的鲁棒性，从而极大提高火炮系统的射速、密集度及精度。此外，这也将为具有类似长杆机构负载的重型工程机械机械臂的运动控制、空间机械臂运动控制等提供理论基础及技术支撑。