CN111600444A - 智能高精度容错式自驱炮塔系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能高精度容错式自驱炮塔系统，包括智能系统和高精度容错式炮控伺服系统两部分；智能系统主要由火控系统和通信系统组成，与智能技术相结合，除了传统火控和通信的功能外，通信系统能够在光瞄和周视仪被击毁的情况下，能够借助其他友车测量的信息和友车的位置，利用通信测距一体化技术和相位定位技术，确定自己的位置和目标的位置，然后再借助友车的光瞄系统进行火力打击；高精度容错式炮控伺服系统由自驱座圈系统和高低向伺服系统组成，它们与容错电机系统集成化设计，实现炮塔系统的自我驱动；与传统方案相比，消除了传动间隙、振动、噪声、磨损，提高了炮塔伺服系统精度、传动效率和智能化，提高了战斗效力和战场生存率。

Description

智能高精度容错式自驱炮塔系统
所属技术领域
本技术发明涉及伺服控制技术领域，具体为一种智能高精度容错式自驱炮塔系统。
背景技术
为了提高炮塔的响应速度，其伺服系统动力部件通常采用高速电机，这就需要增加多级减速器来放大输出转矩来带动载荷运动。众所周知，采用多级齿轮减速会使得炮塔系统传动精度降低、振动与噪声增加等问题，而且齿轮传动装置中不可避免地存在传动间隙、齿轮弹性形变和磨损问题，并且采用此方案会增加系统制造工艺难度和装配难度，也会进一步提高座圈的后续使用维护成本。同时上述传动链中的非线性环节对火控系统的稳定性、低速性能和稳定精度会产生重大影响，这就制约了炮塔以及火控系统性能的发挥，进而降低了战场生存率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的技术的不足，提供一种智能高精度容错式自驱炮塔系统。
本技术发明通过如下技术方案予以实现：
提供一种智能高精度容错式自驱炮塔系统，其特征在于包括智能系统和高精度容错式炮控伺服系统两部分；智能系统主要由火控系统和通信系统组成，与智能技术相结合，除了传统火控和通信的功能外，通信系统能够在光瞄和周视仪被击毁的情况下，能够借助其他友车测量的信息和友车的位置，利用通信测距一体化技术和相位定位技术，确定自己的位置和目标的位置，然后再借助友车的光瞄系统进行火力打击；高精度容错式炮控伺服系统由自驱座圈系统和高低向伺服系统组成，它们与容错电机系统集成化设计，实现炮塔系统的自我驱动；与传统方案相比，消除了传动间隙、振动、噪声、磨损，提高了炮塔伺服系统精度、传动效率和智能化，提高了战斗效力和战场生存率。
所述自驱座圈系统包括容错电机系统、位置传感器、滑环、载荷；容错电机系统由容错电机、容错驱动拓扑和容错控制器三部分组成，容错电机+容错驱动拓扑+容错控制算法这种三重容错结构使方位向座圈系统具备带故障运行能力，在容错电机或者容错驱动拓扑单独或者同时发生故障时，通过采用容错控制技术，均能保证系统具备一度故障容差和一度故障运行能力，主要实现高功率密度、高可靠运行；采用容错电机与座圈一体化设计，实现了座圈的自我驱动，取消了传动机构，从而消除了传统座圈的传动间隙，实现了高精度和高效率运行。
所述容错电机由定子和转子两部分组成，其特征是所述容错电机定子与支撑轴承外圈、所述滑环定子相连，然后通过支撑轴承连接件一起固定到车体上，所述容错电机定子绕组与所述容错驱动拓扑相连；所述容错电机转子与支撑轴承内圈及座圈法兰相连，并分为传感器端和输出端。
所述位置传感器包括定子和转子两部分，所述位置传感器转子与所述容错电机转子传感器端相连，其特征是所述位置传感器转子输出端与所述载荷相连；所述位置传感器定子与所述滑环定子相连。通过容错电机转子的运动带动位置传感器转子运动来检测座圈的位置和速度。
所述高低向伺服系统包括容错电机系统、位置传感器、伺服机构；容错电机系统由容错电机、容错驱动拓扑和容错控制器三部分组成，容错电机+容错驱动拓扑+容错控制算法这种三重容错结构使高低向伺服系统具备带故障运行能力，在容错电机或者容错驱动拓扑单独或者同时发生故障时，通过采用容错控制技术，均能保证系统具备一度故障容差和一度故障运行能力，主要实现高功率密度、高可靠运行；采用容错电机与伺服机构一体化设计，实现了高低向伺服系统的自我驱动，取消了传动机构，从而消除了传统高低向伺服系统的传动间隙，实现了高精度和高效率运行。
所述容错电机由定子和转子两部分组成，其特征是所述容错电机定子与所述伺服机构的支撑部分、所述位置传感器定子相连，然后通过支撑部分连接件一起固定到车体上，所述容错电机定子绕组与所述容错驱动拓扑相连；所述容错电机转子分为传感器端和输出端，所述容错电机转子传感器端与位置传感器相连，所述容错电机转子输出端与所述伺服机构相连。
所述位置传感器包括定子和转子两部分，所述位置传感器转子与所述容错电机转子传感器端相连，通过容错电机转子的运动带动位置传感器转子运动来检测高低向伺服系统的位置和速度；所述位置传感器定子与所述容错电机定子相连。
在所述通信系统的基础上，采用软扩频技术、链接序列技术、数据融合技术实现通信测距一体化和相对定位功能。具体步骤如下：①根据软扩频系统对扩频序列正交特性的要求，构造出具有良好自相关性和互相关性的m_Walsh复合序列；②利用到达时间差估计方法实现炮塔系统间距离的测量功能；③经过相对运动检测、定位方程求解、定位结果融合过程实现各个炮塔系统的相对定位；④利用②和③的结果，确定自己的位置和目标的位置，然后再借助友车的光瞄系统进行火力打击。从而实现使用单独一个复合系统同时完成多个任务，有效地降低了炮塔系统设备的复杂度、提高了设备的利用率，降低了设备的负担和功耗，还能增强抗干扰能力，提高了作战部队执行任务完成能力和蜂群协作能力。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明的智能高精度容错式自驱炮塔系统，采用容错电机+容错驱动拓扑+容错控制+智能技术的系统结构，其中三重容错结构使座圈系统具备带故障运行能力，在容错电机或者容错驱动拓扑单独或者同时发生故障时，通过采用容错控制技术，均能保证系统具备一度故障容差和一度故障运行能力，主要实现高功率密度、高可靠运行。
(2)本发明采用炮塔系统与智能技术相融合，增强炮塔系统的态势感知能力、自主性，能够充分发挥炮塔系统在战场上的低成本、高可用、高动态、高精度、高智能、蜂群协作优势，提高作战部队执行任务完成能力、战斗效力、战术机动性和人员及装备生存力。
(3)将炮塔系统与容错电机系统技术、智能技术相结合，使炮塔系统符合军用装备从被动驱动到自我驱动，再到自主驱动的发展趋势，提高了炮塔系统的精度、动态性、可靠性和智能化，进而提高了无人战车的战车任务执行力、战场生存力以及战车间的蜂群协作能力，提升部队战场控制力、战斗胜率。
(4)能够实现软件定义化炮塔系统甚至实现软件定义化战车，将使部队指挥官拥有多种选择，能根据不同任务配备不同系列化智能炮塔系统，同时也能够战场上对炮塔系统进行功能重新定义，使指挥官有更多的选择，提升指挥官快速决策力、组织力以及分散式作战行动中始终保持主动力，进而使得部队具有更可靠的机动自由和更高效的协作化战斗能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本技术发明进一步说明。
图1是智能高精度容错式自驱炮塔系统组成框图。
图2是自驱座圈系统组成框图。
图3是自驱座圈系统机械剖视图。
图4是高低向伺服系统组成框图。
图5是高低向伺服系统机械剖视图。
图6是智能高精度容错式自驱炮塔系统组网示意图。
具体实施方式
下面采用附图和实施例对本技术发明做进一步说明，此处所说明的附图用来提供对本技术发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术发明的限定。
本技术发明智能高精度容错式自驱炮塔系统涉及伺服控制技术领域，其特征在于包括智能系统和高精度容错式炮控伺服系统两部分；其中高精度容错式炮控伺服系统由自驱座圈系统和高低向伺服系统组成，它们与容错电机系统集成化设计，实现炮塔系统的自我驱动；
在图3中，本技术发明中自驱座圈系统，其特征在于含有：1、座圈法兰；2、角度编码器联轴器；3、轴承挡圈Ⅰ；4、大直径交叉滚子轴承连接件；5、大直径交叉滚子轴承；6、容错电机定子；7、滑环安装件；8、容错电机转子；9、角度编码器；10、滑环；11、角度编码器安装件；12、轴承挡圈Ⅱ；13、紧固件。
所述的座圈法兰1和大直径交叉滚子轴承5内圈通过紧固件13与容错电机转子8以及轴承挡圈Ⅱ12和角度编码器安装件11固定；
所述的大直径交叉滚子轴承5外圈通过紧固件13与轴承挡圈Ⅰ3和大直径交叉滚子轴承连接件4固定；
所述滑环安装件7通过紧固件13永磁同步电动机定子6以及大直径交叉滚子轴承连接件4固定。
所述座圈法兰1和大直径交叉滚子轴承连接件4与大直径交叉滚子轴承5的内外圈通过轴承挡圈Ⅰ3、Ⅱ11及紧固件13固定；
所述永磁同步电动机转子8转动直接驱动炮塔旋转，容错电机定子6与车体通过大直径交叉滚子轴承连接件4固定；
所述永磁同步电动机定子6、容错电机转子8之间同轴度由大直径交叉滚子轴承5保证。
所述电机的直径大，且转子为空心结构，为了检测电机速度和位置，选用内置轴承和定子联轴器的角度编码器9。
所述角度编码器9的外壳通过紧固件13与滑环安装件7固定；
所述角度编码器9的定子联轴器通过紧固件13与角度编码器安装件11固定；
所述滑环10通过转子通过角度编码器联轴器2及滑环安装件7通过紧固件13固定。
所述滑环10以及角度编码器9的定、转子部分通过角度编码器安装件13及滑环安装件7与座圈法兰1和容错电机定子7固定。其定、转子轴向延伸在座圈的下方形成相互作用空间，组成一体后即成为完整的座圈电机无间隙传动方案。
在图5中，本技术发明中高低向伺服系统，其特征在于含有：1、电机外壳；2、前端盖；3、轴承挡圈；4、电机转轴；5、胀紧件；6、电机转子；7、电机定子；8、旋转变压器；9、后端轴承压紧件；10、支撑轴承；11、后端盖；12、紧固件。
在图6中，在所述通信系统的基础上，采用软扩频技术、链接序列技术、数据融合技术实现通信测距一体化和相对定位功能。具体步骤如下：①根据软扩频系统对扩频序列正交特性的要求，构造出具有良好自相关性和互相关性的m_Walsh复合序列；②智能高精度容错式自驱炮塔系统1利用到达时间差估计方法实现炮塔系统间距离的测量功能；③经过相对运动检测、定位方程求解、定位结果融合过程实现各个炮塔系统的相对定位；④利用②和③的结果，确定自己的位置和目标的位置，然后再借助友车的光瞄系统进行火力打击。从而实现使用单独一个复合系统同时完成多个任务，有效地降低了炮塔系统设备的复杂度、提高了设备的利用率，降低了设备的负担和功耗，还能增强抗干扰能力，提高了作战部队执行任务完成能力和蜂群协作能力。
以上所述的具体实施方法，对本技术发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术发明的具体实施方式而已，并不用于限定本技术发明的保护范围，凡在本技术发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.智能高精度容错式自驱炮塔系统，其特征在于包括智能系统和高精度容错式炮控伺服系统两部分；智能系统主要由火控系统和通信系统组成，与智能技术相结合，除了传统火控和通信的功能外，通信系统能够在光瞄和周视仪被击毁的情况下，能够借助其他友车测量的信息和友车的位置，利用通信测距一体化技术和相位定位技术，确定自己的位置和目标的位置，然后再借助友车的光瞄系统进行火力打击；高精度容错式炮控伺服系统由自驱座圈系统和高低向伺服系统组成，它们与容错电机系统集成化设计，实现炮塔系统的自我驱动。
2.根据权利要求1，所述自驱座圈系统包括容错电机系统、位置传感器、滑环、载荷；容错电机系统由容错电机、容错驱动拓扑和容错控制器三部分组成，容错电机+容错驱动拓扑+容错控制算法这种三重容错结构使方位向座圈系统具备带故障运行能力，在容错电机或者容错驱动拓扑单独或者同时发生故障时，通过采用容错控制技术，均能保证系统具备一度故障容差和一度故障运行能力，主要实现高功率密度、高可靠运行；采用容错电机与座圈一体化设计，实现了座圈的自我驱动，取消了传动机构，从而消除了传统座圈的传动间隙，实现了高精度和高效率运行。
3.根据权利要求2，所述容错电机由定子和转子两部分组成，其特征是所述容错电机定子与支撑轴承外圈、所述滑环定子相连，然后通过支撑轴承连接件一起固定到车体上，所述容错电机定子绕组与所述容错驱动拓扑相连；所述容错电机转子与支撑轴承内圈及座圈法兰相连，并分为传感器端和输出端。
4.根据权利要求2，所述位置传感器包括定子和转子两部分，所述位置传感器转子与所述容错电机转子传感器端相连，其特征是所述位置传感器转子输出端与所述载荷相连；所述位置传感器定子与所述滑环定子相连。通过容错电机转子的运动带动位置传感器转子运动来检测座圈的位置和速度。
5.根据权利要求1，所述高低向伺服系统包括容错电机系统、位置传感器、伺服机构；容错电机系统由容错电机、容错驱动拓扑和容错控制器三部分组成，容错电机+容错驱动拓扑+容错控制算法这种三重容错结构使高低向伺服系统具备带故障运行能力，在容错电机或者容错驱动拓扑单独或者同时发生故障时，通过采用容错控制技术，均能保证系统具备一度故障容差和一度故障运行能力，主要实现高功率密度、高可靠运行；采用容错电机与伺服机构一体化设计，实现了高低向伺服系统的自我驱动，取消了传动机构，从而消除了传统高低向伺服系统的传动间隙，实现了高精度和高效率运行。
6.根据权利要求5，所述容错电机由定子和转子两部分组成，其特征是所述容错电机定子与所述伺服机构的支撑部分、所述位置传感器定子相连，然后通过支撑部分连接件一起固定到车体上，所述容错电机定子绕组与所述容错驱动拓扑相连；所述容错电机转子分为传感器端和输出端，所述容错电机转子传感器端与位置传感器相连，所述容错电机转子输出端与所述伺服机构相连。
7.根据权利要求5，所述位置传感器包括定子和转子两部分，所述位置传感器转子与所述容错电机转子传感器端相连，通过容错电机转子的运动带动位置传感器转子运动来检测高低向伺服系统的位置和速度；所述位置传感器定子与所述容错电机定子相连。
8.根据权利要求1，在所述通信系统的基础上，采用软扩频技术、链接序列技术、数据融合技术实现通信测距一体化和相对定位功能。具体步骤如下：①根据软扩频系统对扩频序列正交特性的要求，构造出具有良好自相关性和互相关性的m_Walsh复合序列；②利用到达时间差估计方法实现炮塔系统间距离的测量功能；③经过相对运动检测、定位方程求解、定位结果融合过程实现各个炮塔系统的相对定位；④利用②和③的结果，确定自己的位置和目标的位置，然后再借助友车的光瞄系统进行火力打击。从而实现使用单独一个复合系统同时完成多个任务，有效地降低了炮塔系统设备的复杂度、提高了设备的利用率，降低了设备的负担和功耗，还能增强抗干扰能力，提高了作战部队执行任务完成能力和蜂群协作能力。
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