基于干扰观测器的坦克炮控系统滑模控制

象 ，叉 削 弱 了由 于 建模 不确 定 性 而存 在 的滑 模 抖 振 现 象 。
关 键 词 ：坦 克 炮 控 系统 ；爬 行 ；观 测 器 ；滑模 变 结构 控 制
中 图分 类 号 ：ＴＰ２７３
文 献标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—６３７Ｘ．２０ｌ８．０３．０２２
Ｓｌｉｄｉｎｇ－Ｍ ｏｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｔａｎｋ Ｇｕｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｏ ｂｓｅｒｖｅｒ
ＨＵ Ｊｉ—ｈｕｉ， ＨＯＵ Ｙｕａｎ—ｌｏｎｇ， ＧＡＯ Ｑｉａｎｇ， ＣＨＥＮ Ｙｕ—ｚｈｅｎｇ， ＱＵ Ｓｈｅｎｇ—ｐｅｎｇ
研 究 了坦 克 炮 控 系统 电流 、转 速 双 闭环 数 学模 型 ，设 计 了 滑模 变 结 构 控 制 器 。 对控 制 律 中 时 变 的 负载 转 矩 和 摩 擦 转
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矩 ，设 计 干扰 观 测 器进 行 实 时观 测 。仿 真 结 果 表 明 ，该控 制 策略 既 解 决 了坦 克炮 控 系统 低 速 运 行 时的 “爬 行 ”、振 荡现
基 于 干 扰 观 测 器 的 坦 克 炮 控 系统 滑 模 控 制
胡继辉 ， 侯 远龙 ， 高 强 ， 陈宇政 ， 瞿 生鹏
（南 京 理 工 大 学 机 械 Ｔ 程 学 院 ，南 京 ２１００９４）
摘 要 ：针 对 坦 克 炮控 系统低 速 运行 时存 在 “爬 行 ”、振 荡 等现 象 ，提 出一 种基 于 干扰 观 测 器 的 滑 模 变结 构 控 制 策 略
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２ １ ００９４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ“ｃｒｅｅｐｉｎｇ”ａｎｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔａｎｋ ｇｕｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｅｓ ａｔ ａ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ，ａ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｓｌｉｄｉｎｇ—ｍｏｄｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｍａｔｈｅｍ ａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｒｏｔａｒｙ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｎｋ ｇｕｎ— ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ—ｍｏｄｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａ ｄｉｓｔｕｒｂａｎ（。Ｐ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｏｂｓｅｒｖｅ ｔｈｅ ｔｉｍｅ—ｖａｒｙｉｎｇ ｌｏａｄ ｔｏｒｑｕｅ ａｎｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ．Ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ‘‘ｃｒｅｅｐｉｎｇ” ａｎｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔａｎｋ ｇｕｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｅｓ ａｔ ａ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｗｅａｋｅｎ ｔｈｅ ｃｈａｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔａｎｋ ｇｕｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ； ｃｒｅｅｐｉｎｇ； ｏｂｓｅｒｖ ｅｒ； ｓｌｉｄｉｎｇ—ｍ ｏｄｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
收 稿 日期 ：２０１７—０４—２７
修 回 日期 ：２０１７—０５－２３
作者简介 ：胡继辉（１９９０一 ），男 ，江苏宿迁人 ，顾 士生 ，研究方 为智
能 检 测 与控 制 。
论进行控制 ，不能补偿摩擦非线性 ，控 制效 果达小刮 颅 期 。文献 ［７］在研究 摩擦模 的基 础 用基 木滑 饺 控 制方 法 补 偿 摩 擦 非 线 性 ，虽 然 取 得 了较 好 的控 制 效 果 ，但是 由于简化 的摩擦模型不具有实时性 ，因此控删 策略有待 完善 ；文 献 ［８］采用 自适 应鲁棒 控 制策 略埘 摩擦 非线性进行补偿 ，既没有建立摩擦模 ，也没有埘 摩 擦转 矩 进 行 实 时 观 测 ；文 献 ［９］将 摩 擦 转 和 负 栽 转 矩等外界扰动等效为有界总扰动 ，进行非线什补偿 ， 缺 乏对 摩 擦 转 矩 和负 载 转 矩 补 偿 的 精 确 性 钭侧 ‘、 １今 研 究存在 的不足 ，对坦克炮控伺服系统进行建模 ，设 汁 基于干扰 观测器 的滑模控 制器 。仿真 表明 ，本 文 没计 的 控 制策 略 既具 有 滑 模 控 制 对 系 统 未 建模 动 态 强 鲁棒 性的优 点 ，又削弱 了抖振现象 ，Ⅱ很好 地补偿 坦克 高低 向炮控 系统的摩擦非线性和扰动负载转矩 ．．
第 ２５卷 第 ３期 ２０１８年 ３月
电 光 ｊ 控 制 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｏｐｔｉｃｓ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．３ Ｍａ ｒ．２（）ｌ８
引用 格 式 ：胡 继 辉 ，侯远 龙 ，高强 ，等 ．基 于 干 扰 观 测 器 的坦 克 炮 控 系 统 滑 模 ｛卒制 ［Ｊ］．电 光 与控 制 ，２０１８，２５（３）：９８—１０１ ｌ｛Ｕ Ｊ Ｉｆ，Ｉ… ｕ Ｙ Ｉ．．（ ＾（） Ｑ，ｅｔ ａ１．Ｓｌｉｄｉｎｇ—ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔａｎｋ ｇｕｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｃ，＇￣ｅｒ｛Ｊ＿．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｏｐｔｉｃｓ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０Ｉ８，２５（３）：９８＿ｌ（）１．
０ 引言
全 电式 坦 克 炮 控 系 统 是 一 种 复 杂 的伺 服 系 统 ，内 部存在诸多非线性 环节 ，其 中火炮 身管 和耳轴之 问 的摩擦力矩 和负载扰 动影响 较大 。在高机 动作 战时 ， 摩 擦 转 矩 和 负 载 转 矩 具 有 时 变 性 ，影 响 坦 克 炮 控 系 统 的稳定精度和低速性能 －４１。主要体 现在如下几个 方 面 ：低速情况下爬行现象显著 ；静摩擦具有多值性 和离 散 性 ，速 度 过 零 时 运 动 不 稳定 ；系统 的 响应 具 有 较 大 的 静态误差和极限振荡现象 。现今坦克炮控 系统大多 被简化为线性定 常系统进 行建模 ，采用经 典控制 理