文档介绍：第卷第期年月科学技术与工程. . .
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兵工技术
火炮随动系统解耦控制的应用研究
周杨巫亚强韩耀鹏刘芳
中国兵器工业集团西北机电工程研究所,西安
摘要采用捷联惯导系统做为火炮的姿态测量元件,能够有效提高调炮精度。针对火炮随动系统存在的方位和高低控制
通道之间的耦合问题,采用了四元数解耦控制算法,使方位和高低通道独立不相干扰。在解决方位轴实时计算时分别采用俯
仰轴叉乘法和高低量解算法,达到解耦控制效果。仿真和实验证明该方法的有效性。
关键词捷联惯导随动系统耦合四元数法解耦量
中图法分类号.; 文献标志码
现代的战场环境对武器系统提出了越来越高通过耦合通道。影响高低输出,同样高低量通过耦
的要求。对火炮来说,调炮的平稳性和反应时间是合通道影响高低输出。如果能过得到耦合网络
火炮性能的重要因素。一般火炮随动系统大多存的具体各参数,就可以设计一个前馈解耦网
在有两个控制通道:高低和方位控制通道。从理论对系统进行解耦。但是直接求取耦合网络参数很
上讲两者相互独立。但实践中由于火炮方位轴与困难,因此,采用四元数法对其进行解耦。
高低轴并不严格正交,两通道的运动控制并不独
立,存在相互耦合影响如图。本文通过对解耦调炮过程的四元数建模
理论的研究,结合捷联惯导在火炮上的应用,运用
四元数解耦算法对火炮双通道耦合进行解耦。利用捷联惯导系统为姿态测量元件,假设火炮
在非射击状态下是刚体,建立坐标系。以当地地理
坐标系系为参考坐标系。轴平行于水平面指向
正东;,轴水平指向正南;轴沿铅垂线向下。系为
炮身坐标系, 轴和。轴平行于炮身上的形基准,
轴正向与炮口方向相反。方位、表尺、侧倾角
分别对应方位角、俯仰角和横滚角三个欧拉角。火
炮的方向轴和俯仰轴分别为轴和轴,如图。
图火炮随动系统耦合示意图设轴和轴在系的单位矢量分别为
和口。设当前火炮身
耦合分析管的欧拉角为。、、,火炮绕轴和轴转动,转
动量分别为/和,转动结束后的输出欧拉角为、
火炮随动系统的耦合情况如图所示,方位量、,,则火炮的转动可以用四元数描述为⋯:
日。其中:
“了;
。
期周杨,等:火炮随动系统解耦控制的应用研究
是实际的俯仰轴,它与炮身固连在一起,所以俯仰
轴的单位矢量在炮身坐标系系中是固定的。火炮

的方向轴固连在基座上,火炮就位后基座的位置在

当地地理坐标系中是固定的,故火炮方向轴的单位
矢量在系是固定的。
●一
得到转动前后的火炮欧拉角,就可以根据输入与轴
吣
一
的参数之间的非线性函数关系把它们辨识出来。
转动的四元数表示为: 。
詈。

图坐标系,下意图,;
由惯导测定可知火炮身管初始欧拉角为。, 譬口口争:
,。,而转动后输出欧拉角为,,。同理,将火。
炮当前坐标轴视为转动轴,则:火炮的转动可以用
火炮的转动等价于先绕轴在系平面的投
四元数描述为: . 。由转动的等价
影转;再绕系的轴转;再绕转。其中, ∞出
性: 。利用这些关系列出方程组,
一
, —。。对应的四元数为: 。
求解解耦控制量。
其中,
要实现