CN114001056A - 一种适用于压制火炮的液压控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种适用于压制火炮的液压控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于压制火炮的液压控制系统，包括第一位置调节器、PID调节器、伺服阀、执行机构、数据处理器、第二位置调节器、第三位置调节器和速度校正器。其中，第一位置调节器、PID调节器、伺服阀和执行机构依次连接；第二位置调节器连接在第一位置调节器和PID调节器之间，第三位置调节器连接PID调节器，第三位置调节器连接伺服阀；执行机构分别连接数据处理器和第一位置调节器；数据处理器连接第二位置调节器；第二位置调节器连接速度校正器；速度校正器连接第三位置调节器。本发明能降低传统液压控制系统中速度信号失真带来的不利影响，加强系统防震荡能力，同时可提高系统的平稳性和稳定性和降低控制参数调整的难度。

Description

一种适用于压制火炮的液压控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及液压伺服系统技术领域，具体而言，涉及一种适用于压制火炮的液压控制系统及其控制方法。
背景技术
随着液压伺服系统在压制火炮中应用越来越广泛，液压控制系统的非线性和火炮的大惯量给控制系统提出了新挑战。但在实际工程中，受制于角位置传感器及其信号采集系统的限制，通过此方法得到的速度不准确，又因液压系统各环节的滞后性、非线性较强，容易造成动态调整时间长，系统不稳定，速度环震荡等一系列问题，增大了控制参数调试的难度。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的压制火炮液压控制系统容易出现动态调整时间长，系统不稳定，速度环震荡等问题，使控制参数调试的难度增大。目的在于提供一种适用于压制火炮的液压控制系统及其控制方法，解决现有的压制火炮液压控制系统存在的缺陷。
本发明通过下述技术方案实现：
一种适用于压制火炮的液压控制系统，包括第一位置调节器、PID调节器、伺服阀、执行机构、数据处理器、第二位置调节器、第三位置调节器和速度校正器；所述第一位置调节器、所述PID调节器、所述伺服阀和所述执行机构依次连接；所述第二位置调节器的第一输入端连接在所述第一位置调节器的输出端和所述PID调节器的输入端之间，所述第三位置调节器的第一输入端连接所述PID调节器的输出端，所述第三位置调节器的输出端连接所述伺服阀的输入端；所述执行机构的输出端分别连接所述数据处理器的输入端和所述第一位置调节器的输入端；所述数据处理器的输出端连接所述第二位置调节器的第二输入端；所述第二位置调节器的输出端连接所述速度校正器的输入端；所述速度校正器的输出端连接所述第三位置调节器的第二输入端。
与现有的压制火炮液压控制系统的区别在于，本发明涉及的一种适用于压制火炮的液压控制系统在传统的位置伺服系统的基础上，对速度环进行了改进，增加了由第一位置调机器、第二位置调节器、数据处理器、第三位置调节器和PID调节器组成的速度内环，形成以位置外环为主、速度环为辅的内外两层控制系统。而现有的液压控制系统直接将位置环中得到的角度值反馈给位置调节器和PID调节器，由于液压系统各环节的滞后性、非线性较强，因此造成动态调整时间长，系统不稳定，速度环震荡等一系列问题。
本系统中，速度环用于对位置环中的速度反馈进行针对性处理，首先将位置环中的角度值进行差分处理得到角速度，然后利用角速度参与速度环控制。在速度环中，利用第一位置调节器生成一个目标速度，将目标速度和角速度在第二位置调机器中进行比较得到一个速度偏差，再根据实际系统各软件、硬件中的滞后环节，以及火炮液压系统的固有频率，将此速度偏差进行相位校正，将校正后的速度值补偿第三位置调节器，生成控制量。该控制量继而进入位置环控制流程，继续执行压制火炮的位置控制，使得火炮液压控制系统的动态响应特性等满足实际使用需求，火炮的调炮时间、调炮精度等指标满足要求，同时降低控制参数调整的难度。
作为对本发明的进一步描述，液压控制系统还包括第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器设置在所述执行机构和所述第一位置调节器之间，所述第二滤波器设置在所述数据处理器和所述第二位置调节器之间。
作为对本发明的进一步描述，所述执行机构包括角度编码器，角度编码器用于生成压制火炮的角度值。所述角度编码器的输入端与所述伺服阀的输出端连接，所述角度编码器的输出端与所述数据处理器的输入端连接。
一种适用于压制火炮的液压控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：从角度编码器中获取压制火炮身管的角度值，并将所述角度值反馈给第一位置调节器；
步骤2：利用数据处理器对所述角度值进行差分处理，得到压制火炮身管的角速度，并将所述角速度发送给第二位置调节器；
步骤3：获取压制火炮身管的目标位置，利用所述第一位置调节器、所述目标位置和所述角度值获取压制火炮身管的位置偏差；
步骤4：根据所述位置偏差计算得出压制火炮身管的目标速度；
步骤5：利用第二位置调节器对所述目标速度和所述角速度进行比较分析，得到速度偏差；
步骤6：对所述速度偏差进行相位校正，得到速度校正值；并将所述速度校正值补偿到第三位置调节器中；
步骤7：根据所述速度校正值，利用所述第三位置调节器生成最终控制量；
步骤8：根据所述最终控制量控制伺服阀和执行机构，生成压制火炮身管的实际位置，完成对压制火炮身管的位置控制。
作为对本发明的进一步描述，所述步骤1中，将所述角度值反馈给第一位置调节器之前，对所述角度值进行滤波处理；所述步骤2中，将所述角速度发送给第二位置调节器之前，对所述角速度进行滤波处理。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种适用于压制火炮的液压控制系统及其控制方法，能降低传统液压控制系统中速度信号失真带来的不利影响，加强了系统防震荡能力，提高了系统的平稳性和稳定性；
2、本发明实施例提供的一种适用于压制火炮的液压控制系统及其控制方法，生成最终控制量，降低了控制参数调整的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的传统的液压控制系统的结构及工作原理示意图；
图2为本发明实施例1提供的适用于压制火炮的液压控制系统的结构及工作原理示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-第一位置调节器，2-PID调节器，3-伺服阀，4-执行机构，5-数据处理器，6-第二位置调节器，7-第三位置调节器，8-速度校正器，9-第一滤波器，10-第二滤波器，41-角度编码器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
图1为传统的液压控制系统的结构及工作原理示意图。从图中可以看出，传统的液压控制系统直接将位置环中得到的角度值反馈给位置调节器和PID调节器2，由于液压系统各环节的滞后性、非线性较强，因此造成动态调整时间长，系统不稳定，速度环震荡等一系列问题。
为解决传统液压控制系统存在的不足，本实施例提高的一种适用于压制火炮的液压控制系统参考图2，包括第一位置调节器1、PID调节器2、伺服阀3、执行机构4、数据处理器5、第二位置调节器6、第三位置调节器7和速度校正器8；所述第一位置调节器1、所述PID调节器2、所述伺服阀3和所述执行机构4依次连接；所述第二位置调节器6的第一输入端连接在所述第一位置调节器1的输出端和所述PID调节器2的输入端之间，所述第三位置调节器7的第一输入端连接所述PID调节器2的输出端，所述第三位置调节器7的输出端连接所述伺服阀3的输入端；所述执行机构4的输出端分别连接所述数据处理器5的输入端和所述第一位置调节器1的输入端；所述数据处理器5的输出端连接所述第二位置调节器6的第二输入端；所述第二位置调节器6的输出端连接所述速度校正器8的输入端；所述速度校正器8的输出端连接所述第三位置调节器7的第二输入端。
与现有的压制火炮液压控制系统的区别在于，本发明涉及的一种适用于压制火炮的液压控制系统在传统的位置伺服系统的基础上，对速度环进行了改进，增加了由第一位置调机器、第二位置调节器6、数据处理器5、第三位置调节器7和PID调节器2组成的速度内环，形成以位置外环为主、速度环为辅的内外两层控制系统。其中，速度环用于对位置环中的速度反馈进行针对性处理，首先将位置环中的角度值进行差分处理得到角速度，然后利用角速度参与速度环控制。在速度环中，利用第一位置调节器1生成一个目标速度，将目标速度和角速度在第二位置调机器中进行比较得到一个速度偏差，再根据实际系统各软件、硬件中的滞后环节，以及火炮液压系统的固有频率，将此速度偏差进行相位校正，将校正后的速度值补偿第三位置调节器7，生成控制量。该控制量继而进入位置环控制流程，继续执行压制火炮的位置控制，使得火炮液压控制系统的动态响应特性等满足实际使用需求，火炮的调炮时间、调炮精度等指标满足要求，同时降低控制参数调整的难度。
进一步的，为提高系统的性能，该液压控制系统还包括第一滤波器9和第二滤波器10，所述第一滤波器9设置在所述执行机构4和所述第一位置调节器1之间，对角度值进行滤波处理，所述第二滤波器10设置在所述数据处理器5和所述第二位置调节器6之间，对角速度进行滤波处理。
此外，所述执行机构4包括角度编码器41，角度编码器41用于生成压制火炮的角度值。所述角度编码器41的输入端与所述伺服阀3的输出端连接，所述角度编码器41的输出端与所述数据处理器5的输入端连接。
实施例2
一种适用于压制火炮的液压控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：从角度编码器中获取压制火炮身管的角度值，并将所述角度值反馈给第一位置调节器；
步骤2：利用数据处理器对所述角度值进行差分处理，得到压制火炮身管的角速度，并将所述角速度发送给第二位置调节器；
步骤3：获取压制火炮身管的目标位置，利用所述第一位置调节器、所述目标位置和所述角度值获取压制火炮身管的位置偏差；
步骤4：根据所述位置偏差计算得出压制火炮身管的目标速度；
步骤5：利用第二位置调节器对所述目标速度和角速度进行比较分析，得到速度偏差；
步骤6：对所述速度偏差进行相位校正，得到速度校正值；并将所述速度校正值补偿到第三位置调节器中；
步骤7：根据所述速度校正值，利用所述第三位置调节器生成最终控制量；
步骤8：根据所述最终控制量控制伺服阀和执行机构，生成压制火炮身管的实际位置，完成对压制火炮身管的位置控制。
进一步的，所述步骤1中，将所述角度值反馈给第一位置调节器之前，对所述角度值进行滤波处理；所述步骤2中，将所述角速度发送给第二位置调节器之前，对所述角速度进行滤波处理。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于压制火炮的液压控制系统，包括第一位置调节器(1)、PID调节器(2)、伺服阀(3)、执行机构(4)和数据处理器(5)；所述第一位置调节器(1)、所述PID调节器(2)、所述伺服阀(3)和所述执行机构(4)依次连接；其特征在于，
包括第二位置调节器(6)、第三位置调节器(7)和速度校正器(8)；
所述第二位置调节器(6)的第一输入端连接在所述第一位置调节器(1)的输出端和所述PID调节器(2)的输入端之间，所述第三位置调节器(7)的第一输入端连接所述PID调节器(2)的输出端，所述第三位置调节器(7)的输出端连接所述伺服阀(3)的输入端；
所述执行机构(4)的输出端分别连接所述数据处理器(5)的输入端和所述第一位置调节器(1)的输入端；
所述数据处理器(5)的输出端连接所述第二位置调节器(6)的第二输入端；
所述第二位置调节器(6)的输出端连接所述速度校正器(8)的输入端；
所述速度校正器(8)的输出端连接所述第三位置调节器(7)的第二输入端。
2.根据权利要求1所述的一种适用于压制火炮的液压控制系统，其特征在于，包括第一滤波器(9)和第二滤波器(10)，所述第一滤波器(9)设置在所述执行机构(4)和所述第一位置调节器(1)之间，所述第二滤波器(10)设置在所述数据处理器(5)和所述第二位置调节器(6)之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于压制火炮的液压控制系统，其特征在于，所述执行机构(4)包括角度编码器(41)，所述角度编码器(41)的输入端与所述伺服阀(3)的输出端连接，所述角度编码器(41)的输出端与所述数据处理器(4)的输入端连接。
4.一种如权利要求3所述的适用于压制火炮的液压控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：从角度编码器中获取压制火炮身管的角度值，并将所述角度值反馈给第一位置调节器；
步骤2：利用数据处理器对所述角度值进行差分处理，得到压制火炮身管的角速度，并将所述角速度发送给第二位置调节器；
步骤3：获取压制火炮身管的目标位置，利用所述第一位置调节器、所述目标位置和所述角度值获取压制火炮身管的位置偏差；
步骤4：根据所述位置偏差计算得出压制火炮身管的目标速度；
步骤5：利用第二位置调节器对所述目标速度和所述角速度进行比较分析，得到速度偏差；
步骤6：对所述速度偏差进行相位校正，得到速度校正值；并将所述速度校正值补偿到第三位置调节器中；
步骤7：根据所述速度校正值，利用所述第三位置调节器生成最终控制量；
步骤8：根据所述最终控制量控制伺服阀和执行机构，生成压制火炮身管的实际位置，完成对压制火炮身管的位置控制。
5.根据权利要求4所述的一种适用于压制火炮的液压控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1中，将所述角度值反馈给第一位置调节器之前，对所述角度值进行滤波处理；所述步骤2中，将所述角速度发送给第二位置调节器之前，对所述角速度进行滤波处理。
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