云南昆明31638部队 孙博宇，王振业，陆洋，王景江 650000
摘要：火控系统稳定精度是衡量装备综合性能的技术指标,也是确保装备精确打击的关键参数,火控系统稳定精度调试是维修检测的重要内容,能否完成火控装置稳定精度调试代表了部队装备维护与保障的综合能力。针对现有调试手段开展不方便、调试成本过高的问题,设计了一套火控系统稳定精度检测平台及其控制系统。以六自由度并联运动平台为基础,直接将火控系统相关传感器架设于平台之上,模拟装备野外行驶的各种运动姿态,实现在室内静态条件下火控系统稳定精度的检测,完成火控装置的线上联调联试,具备造价低、体积小、重量轻、可移动、便于操作的特点,完全满足检测装备技战术水平的要求。
关键词:火控系统，稳定精度，六自由度检测平台,设计
1引言
火控系统稳定精度是衡量武器装备综合性能的一项重要指标。目前,主要有两种手段实现火控系统稳定精度调试。第一种方法是传统的实车行驶调试,不仅增大了装备养护的开销、延长了维修周期,还浪费了战车的发动机摩托小时,弊端明显。另一种方法是在维修车间建造炮塔实验平台,以六自由度摇摆平台为载体,将实装炮塔放置在该六自由度实验平台的活动平台上,在动态条件下联调联试,由于部队车间厂房、机具设备和大型六自由度平台购置经费等因素限制,所以有些部队无力装备而无法完成火控系统稳定精度实验内容,不仅造价昂贵,该方法也存在着占地面积大,不便携带,无法在野外展开使用的弊端。虽然上述两种方法都能完成调试,但均不能从根本上解决问题。
所以本文以六自由度并联运动平台为载体,采用伺服电机驱动,按照性能指标的要求,设计了一套全新的火控系统稳定精度检测平台实时控制系统。其研制与应用不仅能有效解决原实验设备造价昂贵,维护困难,基层部队无法承受的难题,同时也是对现有装备检测手段的改进和保障手段的创新,将有助于减少测试设备的开发和支持费用,产生巨大的军事、经济效益。
2检测平台控制系统
2.1控制系统结构
火控系统稳定精度检测平台的控制系统采用电动缸多轴传动的伺服控制系统,本质上是属于机器人控制系统。检测平台控制系统的目标是:输入期望的目标位姿函数,通过控制系统驱动伺服电机推动电动缸活塞杆往复运动,使活动平台呈现期望位姿。因此,对伺服控制系统的控制精度、响应速度和实时性提出了较高的要求。随着工业控制理论与应用技术的发展和成熟,目前常用的几大运动控制系统按控制器类型划分有:NC控制系统、PLC控制系统、单片机控制系统、工控机控制系统。其中工控机控制系统具有良好的可靠性、实时性和抗干扰能力,接口丰富,扩展能力强,常用于控制性能要求高、系统复杂的场合。从成本和性能上考虑,本课题基于检测平台的实际需求设计了“工控机+运动控制器”的伺服控制系统,结构如图1所示。
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图1检测平台控制系统总体设计
3检测平台伺服系统
检测平台的伺服系统主要由伺服驱动器和伺服电机等组成,数字脉冲作为控制输入,属于数字式伺服系统。主控系统下达控制指令后,伺服驱动器一方面接收控制指令驱动电机完成相应动作,另一方面实时接收电机编码器的脉冲反馈来调整输出。该伺服系统结构如图2所示。
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图2数字化伺服系统
4控制系统软件设计
4.1控制系统软件结构
如前所述,监控系统和主控系统均在工业PC中运行。监控系统作为上位机,负责人机交互、基本参数设置、数据分析显示等,使用LabWindows/CVI开发。LabWindows/CVI是美国国家仪器(NationalInstruments)公司推出的的测控软件交互式开发平台。LabWindows/CVI提供标准的C语言集成开发环境,数据的采集、分析和显示功能强大,函数库也十分丰富,可以很方便地用来编写数采和仪控程序和监控画面。其中GUI库函数不仅能创建和编辑用户界面(GUI),还提供了专业的图形控件,如曲线图控件、带状图控件、表头、旋钮等,十分适用于检测平台控制系统上位机的设计。上位机充分调用MAC控制卡提供的运动函数,生成运动指令。主控系统作为下位机,负责接收上位监控系统的指令,进行算法计算,产生驱动脉冲传输给伺服驱动器执行,从而控制检测平台进行位姿仿真。
4.2关键程序开发
软件结构设计中,监控系统提供不同的运行模式以供选择。检测平台的运动模式共分为四种,分别是:回零位、回中位、单轴调试和多轴复合运行。电动缸长期不用时应处于零位状态,是调试结束后的关机位置;中位是每次电动缸运行的初始位置,在单轴调试或多轴仿真之前均应使电动缸处于中位。系统不仅可以设置着四种模式下的运动参数,还能实时监测电动缸杆件的位置、是否超行程,还能绘制杆长的实际曲线和理论曲线、活动平台参考点的自由度曲线等。上述几种运动模式中,回零位、回中位和复合运动是多轴运动,单缸调试仅单轴运动。
5结束语
本文对火控系统稳定性精度检测平台的硬件和软件做了一定研宄,在研宄的基础上设计了一套完整的检测平台控制系统。但是在控制系统设计中一对些问题研宄的深度和广度上存在着不足,后期有以下关键点需要继续研究:(1)采用多种算法实现多轴同步,通过结果比较对控制算法进一步优化;(2)研宄数据传输延迟原因,排除干扰,提升系统响应和鲁棒性;(3)除了软件保护外,应对检测平台的运行建立一个故障分析系统,当平台出现问题时方便使用者进行问题查验排除,更好地进行设备硬件维护。
参考文献
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