【摘 要】
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建设海洋强国,保卫海疆安全,需要一支强大的海军。相比于导弹武器系统,火箭炮武器系统效费比高,易于使用与维护,一直是各国军舰的标配。随着国际形势和军事技术的发展,现代战争对舰载火箭炮武器系统的射击精度、打击密度以及快速响应能力,提出了更高的要求。交流位置伺服系统用于火箭炮高低角和方位角的自动操瞄,是高精度武器系统的关键技术之一。本论文以某型号舰载火箭炮的研制为工程背景,针对其交流位置伺服系统的建模与
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建设海洋强国,保卫海疆安全,需要一支强大的海军。相比于导弹武器系统,火箭炮武器系统效费比高,易于使用与维护,一直是各国军舰的标配。随着国际形势和军事技术的发展,现代战争对舰载火箭炮武器系统的射击精度、打击密度以及快速响应能力,提出了更高的要求。交流位置伺服系统用于火箭炮高低角和方位角的自动操瞄,是高精度武器系统的关键技术之一。本论文以某型号舰载火箭炮的研制为工程背景,针对其交流位置伺服系统的建模与控制策略进行研究,解决舰载火箭炮交流位置伺服系统在严重非线性因素和强不确定性条件下的高性能位置操瞄问题,对提高我国舰载火箭炮交流位置伺服系统的整体性能,具有重要的理论意义与工程应用价值。本论文的主要研究工作如下:（1）针对舰载火箭炮交流位置伺服系统数学建模与不确定性补偿问题,以某舰载火箭炮交流位置伺服系统为研究对象,采用矢量控制法建立了PMSM的等效模型,设计了内部电流环、中间速度环和外部位置环三环控制结构的系统机理模型,分析了某舰载火箭炮交流位置伺服系统的不确定与非线性因素来源,研究了舰船摇摆对火箭炮跟踪射击精度的影响并对其进行了原理补偿。（2）针对某舰载火箭炮交流位置伺服系统难以建立精确机理模型问题,提出了一种DEPSO-WNN辨识方法。研究选取了伪随机多幅值信号作为参考输入信号,通过半实物仿真试验获得了系统辨识所需样本数据,对所设计辨识方法进行了实验验证,得到了所研究交流伺服系统的辨识模型。基于系统模型可逆的内模控制方法,设计了一种改进型WNN-IMC控制器,通过仿真实验验证了该控制器的有效性。（3）针对某舰载火箭炮位置伺服系统抑制因参数摄动与海况引起的系统内外扰动问题,设计了一种FOPID-IADRC控制器,对其扩张状态观测器和分数阶PID控制器两个模块进行了稳定性分析,通过粒子群算法线下粗调、实时精调对所设计控制器分数阶PID控制器模块的五个参量进行实时优化,提升了所研究舰载火箭炮位置伺服系统的动态性能,仿真实验验证了FOPID-IADRC控制器具有良好的动态性能和较强的鲁棒性。（4）针对复杂非线性与强不确定条件下提升某舰载火箭炮位置伺服系统的鲁棒性与跟踪精度问题,分别设计了RBF-NADRC-PBC控制器和IPSO-BP-ADRC控制器。RBFNADRC-PBC控制器设计了基于转矩观测的内部速度环无源控制器和神经元改进外部位置环自抗扰控制器,并采用RBF神经网络在线优化位置环神经元自适应控制部件的两个参量;IPSO-BP-ADRC控制器设计了基于IDA-PBC的电流环无源控制器和二阶自抗扰位置环控制器,并通过BP神经网络在线调节位置环非线性误差反馈器的三个参量,进一步通过改进型粒子群算法实时优化BP神经网络权值,提升所设计控制器的跟踪动态性能。仿真试验结果验证了所设计的两种控制器均具有良好的鲁棒性和跟踪精度。通过对前文所设计的四种控制器试验性能比较分析,确定IPSO-BP-ADRC-PBC控制器跟踪精度最高、鲁棒性能最强。（5）针对某舰载火箭炮交流位置伺服系统的半实物仿真试验问题,进行了某舰载火箭炮交流位置伺服系统软硬件设计,搭建了其半实物试验平台,对所设计FOPID-IADRC和IPSO-BP-ADRC-PBC两个控制器进行了半实物仿真试验验证。试验结果表明两种控制器皆满足规定的性能指标要求,且IPSO-BP-ADRC-PBC控制器性能指标明显优于FOPID-IADRC控制器;其中IPSO-BP-ADRC-PBC控制器,在空载和满载条件下,位置跟踪皆无超调、调整时间极值2.75 s、稳态误差极值为0.030、等效正弦跟踪误差极值仅为0.083;当突加特定负载时其偏差极值仅为0.093,只需0.63 s即能恢复跟踪上参考目标。试验结果验证了IPSO-BP-ADRC-PBC控制器的有效性与可行性。
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