資料介紹
隨著國防技術(shù)的發(fā)展,根據(jù)任務(wù)需求,越來越多的軍用武器需要隨時變更工作地點。為了保證這些軍用武器的機(jī)動性能,往往以載車為運輸載體,如火箭炮這樣的大型武器就被安裝在載車上。載車到達(dá)目的地后,借助平臺快速將武器架設(shè)調(diào)至水平而后工作,工作完成后平臺能夠快速地撤收、轉(zhuǎn)移。既保證了武器的工作性能,又提高了機(jī)動性。
傳統(tǒng)上,主要依靠人工手動完成平臺的水平度調(diào)節(jié),這需要一部分人員手動調(diào)節(jié)千斤頂,另外一部分人員觀察水平儀的水泡位置。這種調(diào)平方式費時費力,且精度低、抗傾覆能力差。隨著調(diào)平時間和調(diào)平精度要求的提高,過去的調(diào)平方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際情況的需要,所需時間短、精度高、抗傾覆能力強的自動調(diào)平控制技術(shù)應(yīng)運而生。
在軍用方面,自動調(diào)平控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)動發(fā)射裝置、導(dǎo)彈車、坦克火控調(diào)試臺等裝備。以火箭炮為例,火箭炮被大量使用在高科技戰(zhàn)爭中,為了提高其生存能力,對其機(jī)動性能也提出了更高的要求。制約火箭炮機(jī)動性的主要因素是火箭炮進(jìn)入陣地后,進(jìn)行架設(shè)并調(diào)整到水平狀態(tài)的時間。自動調(diào)平裝置是消除這一制約因素的關(guān)鍵設(shè)備。隨著電子元器件和自動控制技術(shù)的發(fā)展,自動調(diào)平裝置采用了許多新器件、新方法,使得調(diào)平時間和調(diào)平精度嚴(yán)格符合戰(zhàn)場要求。
設(shè)計火箭炮車體調(diào)平裝置的目的是使火箭炮在停車工作時其載車能夠迅速架設(shè),實現(xiàn)武器系統(tǒng)平臺傾斜度的快速測量、計算和無線數(shù)傳,使其快速精確地達(dá)到水平,即在保證火箭炮工作性能的條件下最大程度的提高系統(tǒng)的機(jī)動性。
自動調(diào)平系統(tǒng)發(fā)展趨勢概述
目前,調(diào)平技術(shù)都已逐步成熟,但隨著武器機(jī)動性要求的不斷提高,也相應(yīng)提高了對調(diào)平時間和調(diào)平精度的要求,與之相適應(yīng)的自動控制調(diào)平技術(shù)也不斷發(fā)展。自動調(diào)平系統(tǒng)的發(fā)展方向主要是:
?。?)精確性:系統(tǒng)的精確性主要取決于傾角傳感器的分辨率。隨著新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新技術(shù)在高精度傾角傳感器中的應(yīng)用,傾角傳感器的性能大幅度地提高了,傾角傳感器正從傳統(tǒng)的液體擺、氣體擺原理向伺服加速度及力平衡、重力擺原理發(fā)展,傾角傳感器的分辨率已達(dá)到0.001度或更高。
?。?)穩(wěn)定性:為了適應(yīng)現(xiàn)代武器高機(jī)動性和快速反應(yīng)能力的需求,要求車載平臺有更高的穩(wěn)定性,采用機(jī)電伺服系統(tǒng)代替電液伺服系統(tǒng),加上單片機(jī)系統(tǒng)可靠性與抗干擾技術(shù)的不斷發(fā)展,奠定了單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作的基礎(chǔ)。尤其是計算機(jī)與傳感器技術(shù)的發(fā)展,使高穩(wěn)定性的調(diào)平系統(tǒng)得以實現(xiàn)。
?。?)快速性:目前,傾角傳感器的響應(yīng)速度已顯著提高,新型傾角傳感器響應(yīng)時間達(dá)到了5毫秒,響應(yīng)速度為200次/秒,再加上在系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)控制算法,都使得調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平時間大大縮短了,也就提高了武器系統(tǒng)的快速性。
?。?)可操作性:在自動調(diào)平系統(tǒng)中設(shè)計有人機(jī)交互顯示面板,通過其圖形界面顯示系統(tǒng)的狀態(tài)及各種實時參數(shù),并根據(jù)工作需要對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。面板設(shè)置有多個功能鍵,可根據(jù)需要自由定義,實現(xiàn)調(diào)平系統(tǒng)的各種操作。這些都將使系統(tǒng)的可操作性得到大大提高。
車體調(diào)平裝置總體設(shè)計
火箭炮車體調(diào)平裝置總體設(shè)計包括:傾角傳感器的選型、數(shù)據(jù)處理與無線數(shù)傳電路設(shè)計。車體調(diào)平裝置機(jī)殼采用鋁合金整體加工,內(nèi)置傾角傳感器、電路板、電池和無線發(fā)射模塊等,水平檢查座與機(jī)殼由螺釘固連,采用優(yōu)質(zhì)合金鋼,表面光潔度和水平度優(yōu)于水準(zhǔn)儀標(biāo)準(zhǔn),發(fā)射機(jī)天線位于機(jī)殼的上方,使用時旋擰上,裝箱時可以折疊放倒或旋擰下。車體調(diào)平裝置控制原理如圖1所示。
圖1 車體調(diào)平裝置控制原理圖
傾角傳感器及傳感器包數(shù)據(jù)輸出格式
傾角傳感器選型
傾角傳感器用于感應(yīng)火箭炮車體的縱橫向傾斜度,基本技術(shù)要求:①精度高于±0.012°;②使用環(huán)境溫度為﹣40℃~﹢55℃。根據(jù)這些要求,選用北京星網(wǎng)宇達(dá)科技公司的TW-TS1110傾角傳感器。該傳感器內(nèi)部采用高速數(shù)字處理器,對多維重力加速度信息進(jìn)行處理與姿態(tài)角解算,并采用角度數(shù)字輸出模式,輸出速度為5Hz,測量范圍為±15°。測量精度:當(dāng)傾角≤±5°時,精度為±0.005°;當(dāng)傾角≤±15°時,精度為±0.01°;當(dāng)傾角≤±30°時,精度為±0.035°。傳感器利用光刻電阻技術(shù)補償非線性誤差,解決了傳統(tǒng)傾角傳感器只有在小范圍才能保證精度的現(xiàn)象,使得傾角傳感器在全測量范圍內(nèi)線性化,保持同一額定精度指標(biāo)。傳感器還采用啟動零位測試補償技術(shù),具有快速穩(wěn)定輸出能力,單點重復(fù)性為0.0015°;采用動態(tài)數(shù)字濾波技術(shù),輸出噪聲低,且具有較高的分辨率,分辨率為0.002°,傳感器內(nèi)部采用動態(tài)零位與標(biāo)度因數(shù)自校正技術(shù)。適合多種環(huán)境使用,使用環(huán)境溫度為﹣40℃~﹢55℃。
傳統(tǒng)上,主要依靠人工手動完成平臺的水平度調(diào)節(jié),這需要一部分人員手動調(diào)節(jié)千斤頂,另外一部分人員觀察水平儀的水泡位置。這種調(diào)平方式費時費力,且精度低、抗傾覆能力差。隨著調(diào)平時間和調(diào)平精度要求的提高,過去的調(diào)平方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際情況的需要,所需時間短、精度高、抗傾覆能力強的自動調(diào)平控制技術(shù)應(yīng)運而生。
在軍用方面,自動調(diào)平控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)動發(fā)射裝置、導(dǎo)彈車、坦克火控調(diào)試臺等裝備。以火箭炮為例,火箭炮被大量使用在高科技戰(zhàn)爭中,為了提高其生存能力,對其機(jī)動性能也提出了更高的要求。制約火箭炮機(jī)動性的主要因素是火箭炮進(jìn)入陣地后,進(jìn)行架設(shè)并調(diào)整到水平狀態(tài)的時間。自動調(diào)平裝置是消除這一制約因素的關(guān)鍵設(shè)備。隨著電子元器件和自動控制技術(shù)的發(fā)展,自動調(diào)平裝置采用了許多新器件、新方法,使得調(diào)平時間和調(diào)平精度嚴(yán)格符合戰(zhàn)場要求。
設(shè)計火箭炮車體調(diào)平裝置的目的是使火箭炮在停車工作時其載車能夠迅速架設(shè),實現(xiàn)武器系統(tǒng)平臺傾斜度的快速測量、計算和無線數(shù)傳,使其快速精確地達(dá)到水平,即在保證火箭炮工作性能的條件下最大程度的提高系統(tǒng)的機(jī)動性。
自動調(diào)平系統(tǒng)發(fā)展趨勢概述
目前,調(diào)平技術(shù)都已逐步成熟,但隨著武器機(jī)動性要求的不斷提高,也相應(yīng)提高了對調(diào)平時間和調(diào)平精度的要求,與之相適應(yīng)的自動控制調(diào)平技術(shù)也不斷發(fā)展。自動調(diào)平系統(tǒng)的發(fā)展方向主要是:
?。?)精確性:系統(tǒng)的精確性主要取決于傾角傳感器的分辨率。隨著新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新技術(shù)在高精度傾角傳感器中的應(yīng)用,傾角傳感器的性能大幅度地提高了,傾角傳感器正從傳統(tǒng)的液體擺、氣體擺原理向伺服加速度及力平衡、重力擺原理發(fā)展,傾角傳感器的分辨率已達(dá)到0.001度或更高。
?。?)穩(wěn)定性:為了適應(yīng)現(xiàn)代武器高機(jī)動性和快速反應(yīng)能力的需求,要求車載平臺有更高的穩(wěn)定性,采用機(jī)電伺服系統(tǒng)代替電液伺服系統(tǒng),加上單片機(jī)系統(tǒng)可靠性與抗干擾技術(shù)的不斷發(fā)展,奠定了單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作的基礎(chǔ)。尤其是計算機(jī)與傳感器技術(shù)的發(fā)展,使高穩(wěn)定性的調(diào)平系統(tǒng)得以實現(xiàn)。
?。?)快速性:目前,傾角傳感器的響應(yīng)速度已顯著提高,新型傾角傳感器響應(yīng)時間達(dá)到了5毫秒,響應(yīng)速度為200次/秒,再加上在系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)控制算法,都使得調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平時間大大縮短了,也就提高了武器系統(tǒng)的快速性。
?。?)可操作性:在自動調(diào)平系統(tǒng)中設(shè)計有人機(jī)交互顯示面板,通過其圖形界面顯示系統(tǒng)的狀態(tài)及各種實時參數(shù),并根據(jù)工作需要對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。面板設(shè)置有多個功能鍵,可根據(jù)需要自由定義,實現(xiàn)調(diào)平系統(tǒng)的各種操作。這些都將使系統(tǒng)的可操作性得到大大提高。
車體調(diào)平裝置總體設(shè)計
火箭炮車體調(diào)平裝置總體設(shè)計包括:傾角傳感器的選型、數(shù)據(jù)處理與無線數(shù)傳電路設(shè)計。車體調(diào)平裝置機(jī)殼采用鋁合金整體加工,內(nèi)置傾角傳感器、電路板、電池和無線發(fā)射模塊等,水平檢查座與機(jī)殼由螺釘固連,采用優(yōu)質(zhì)合金鋼,表面光潔度和水平度優(yōu)于水準(zhǔn)儀標(biāo)準(zhǔn),發(fā)射機(jī)天線位于機(jī)殼的上方,使用時旋擰上,裝箱時可以折疊放倒或旋擰下。車體調(diào)平裝置控制原理如圖1所示。
圖1 車體調(diào)平裝置控制原理圖
傾角傳感器及傳感器包數(shù)據(jù)輸出格式
傾角傳感器選型
傾角傳感器用于感應(yīng)火箭炮車體的縱橫向傾斜度,基本技術(shù)要求:①精度高于±0.012°;②使用環(huán)境溫度為﹣40℃~﹢55℃。根據(jù)這些要求,選用北京星網(wǎng)宇達(dá)科技公司的TW-TS1110傾角傳感器。該傳感器內(nèi)部采用高速數(shù)字處理器,對多維重力加速度信息進(jìn)行處理與姿態(tài)角解算,并采用角度數(shù)字輸出模式,輸出速度為5Hz,測量范圍為±15°。測量精度:當(dāng)傾角≤±5°時,精度為±0.005°;當(dāng)傾角≤±15°時,精度為±0.01°;當(dāng)傾角≤±30°時,精度為±0.035°。傳感器利用光刻電阻技術(shù)補償非線性誤差,解決了傳統(tǒng)傾角傳感器只有在小范圍才能保證精度的現(xiàn)象,使得傾角傳感器在全測量范圍內(nèi)線性化,保持同一額定精度指標(biāo)。傳感器還采用啟動零位測試補償技術(shù),具有快速穩(wěn)定輸出能力,單點重復(fù)性為0.0015°;采用動態(tài)數(shù)字濾波技術(shù),輸出噪聲低,且具有較高的分辨率,分辨率為0.002°,傳感器內(nèi)部采用動態(tài)零位與標(biāo)度因數(shù)自校正技術(shù)。適合多種環(huán)境使用,使用環(huán)境溫度為﹣40℃~﹢55℃。
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