艦載對空導彈的自動裝載控制系統研究范文

本站小編為你精心準備了艦載對空導彈的自動裝載控制系統研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:針對當前艦載對空導彈的自動裝載控制系統集成性和智能性不好的問題，提出一種基于模糊PID和嵌入式集成控制的艦載對空導彈的自動裝載控制設計方法。設計的艦載對空導彈的自動裝載控制系統分為吊裝力學參數計算模塊、總線集成控制模塊、機械臂輸出控制模塊、人機交互模塊，采用嵌入式的ARM和擴展總線技術進行人工智能環境下的艦載對空導彈的自動裝載控制指令傳輸和信息調度，采用模糊PID控制算法進行艦載對空導彈的自動裝載控制算法優化設計。采用TMS320VC5509A作為DSP智能信息處理終端，結合6線同步串口總線控制技術，實現自動裝載控制系統的硬件設計。系統測試結果表明，采用該系統進行艦載對空導彈的自動裝載控制的人機交互性較好，總線控制能力較強，提高了導彈裝載的控制穩定性和效率。

關鍵詞:艦載對空導彈;自動裝載;控制系統;人工智能

引言

某型艦載對空導彈是實現對空目標精確制導攻擊的艦載對空制導導彈，上艦裝載是實現該型艦載對空導彈發射準備的關鍵環節。為了提高艦載對空導彈上艦裝載的智能性，需要對該型導彈的裝載系統進行智能控制設計，結合人工智能控制算法和控制系統的集成設計，提高艦載對空導彈的自動裝載的智能性和穩定性，從而提高艦載對空導彈的裝載效率，研究艦載對空導彈的上艦裝載的自動控制系統，對提高導彈部隊的技術保障能力方面具有重要意義，從而提升導彈技術準備過程的效率［1］。當前，對艦載對空導彈的上艦裝載采用人工吊裝和機械臂吊裝結合的方式，受到裝載環境因素和導彈位姿的不確定擾動等因素的影響，導致裝載控制的穩定性不好［2］。傳統方法對艦載對空導彈的自動裝載優化控制方法采用正反向旋轉雙軸調節方法，結合裝載機械臂的模糊控制律進行自動裝載設計，提高了裝載過程的穩定性，然而，隨著不確定擾動因素的增強，導致艦載對空導彈的自動裝載的穩態輸出控制性能不好，為了提高艦載對空導彈的自動裝載的輸出平穩性，進行艦載對空導彈的自動裝載優化系統設計，提出一種基于模糊PID和嵌入式集成控制的艦載對空導彈的自動裝載控制設計方法。設計的艦載對空導彈的自動裝載控制系統分為吊裝力學參數計算模塊、總線集成控制模塊、機械臂輸出控制模塊、人機交互模塊，采用嵌入式的ARM和擴展總線技術進行人工智能環境下的艦載對空導彈的自動裝載控制指令傳輸和信息調度，采用模糊PID控制算法進行艦載對空導彈的自動裝載控制算法優化設計。基于嵌入式的ARM和DSP智能信息處理芯片，進行系統的硬件模塊化設計，最后進行實驗測試分析，展示了本文方法在提高艦載對空導彈的自動裝載控制穩定性方面的優越性能。

1艦載對空導彈的自動裝載控制算法

1．1控制原理和力學參數分析為了實現對艦載對空導彈的自動裝載控制系統設計，首先進行自動裝載裝置控制算法設計，結合模糊PID神經網絡的控制進行裝載過程的人工智能控制［3］，模糊PID神經網絡系統結構模型如圖1所示。在圖1所示的艦載對空導彈的自動裝載性能控制的模糊PID控制模型中，導彈的自動裝載的控制節點通過力學參數估計，進行裝載過程中的助力調節，提高裝載過程的穩定性，到PID網絡在輸入層，輸入導彈的自動裝載的力學參量，通過自適應加權控制方法進行模糊PID控制的強度調節，在輸出層輸出最優的艦載對空導彈的自動裝載控制參數［4］，根據上述算法設計原理，得到輸入到自動裝載裝置的力學參數為:其中，Nk是k層的模糊PID控制的導彈裝載助力學傳感器信息采集點數。在固定采樣周期下，采用自適應模糊控制方法，得到輸出層的導彈裝載助力參量自適應加權系數為:此時，在PID的隱層采用自適應加權控制方法進行艦載對空導彈的自動裝載的輸出穩定性調節，學習系數表示為:自動裝載裝置自適應調節的權值經過閾值加權和反饋修正后，得到艦載對空導彈的自動裝載的慣性力矩和吊裝設備的輸出轉矩為:其中，η表示學習率。初始化模糊PID控制的權值ωkij和閾值bi，用模糊學習和自適應位姿參量調節方法，進行裝載過程中的導彈姿態調節，得到艦載對空導彈的自動裝載的模糊PID控制的迭代式為:不斷重復上述迭代，直到誤差到達預設值，停止學習計算，進行艦載對空導彈的自動裝載的位姿調節和自適應控制［5］。

1．2控制律的優化根據模糊PID控制過程的力學參數分析結果，結合導彈裝載的位姿參數解算模型，進行艦載對空導彈的自動裝載的機械助力裝載的力學模型構建［6］，得到助力裝置的運動動能T和勢能V分別描述為:P(9)采用位姿參量自適應反饋調節方法，進行導彈裝載助力學傳感信息的融合跟蹤識別［7］，在零勢能面得到艦載對空導彈的自動裝載控制的自適應運動學方程為:Pin=CLθRL+CRθRR－(CL+CR)θP(10)在6自由度空間內進行導彈的位姿慣性參數調節，在受到小擾動力矩作用下，得到最優位姿參數解算方程為:利用自適應PID模糊跟蹤學習方法，進行導彈裝載過程中的位形和姿態跟蹤，得到微小調節誤差分布為:采用慣性參量融合方法實時跟蹤導彈裝載的力學參數和末端位姿，構建時滯2自由度控制模型為:以導彈裝載過程中的輸出力矩和轉向力矩為被控對象，結合模糊PID控制和Lyapunov穩定性調節技術，實現對艦載對空導彈的自動裝載的控制律優化設計。

2系統的硬件設計與實現

在上述算法設計的基礎上，進行艦載對空導彈的自動裝載控制系統的硬件設計，構建模糊控制約束參量模型，對艦載對空導彈的自動裝載的自動裝載裝置控制系統進行硬件開發，設計的艦載對空導彈的自動裝載控制系統分為吊裝力學參數計算模塊、總線集成控制模塊、機械臂輸出控制模塊、人機交互模塊，采用嵌入式的ARM和擴展總線技術進行人工智能環境下的艦載對空導彈的自動裝載控制指令傳輸和信息調度［8］，對各個功能模塊的開發設計描述如下:(1)吊裝力學參數計算模塊。吊裝力學參數計算模塊采用AD采樣方法進行力學參數采集和計算，結合信息融合跟蹤和多傳感器智能識別方法，進行力學參數分析，提高對導彈裝載過程中的智能控制能力。采用D/A轉換器輸出艦載對空導彈的自動裝載性能測試信息，在物理鏈路層中負責提供PCI總線接口，實現對艦載對空導彈的自動裝載的信息檢測。AD模塊采用DS18B20作為外圍器，采用32位嵌入式采樣技術進行力學參數分析，得到模塊電路設計如圖2所示。(2)總線集成控制模塊。總線集成控制模塊采用VIX總線控制技術，根據ARM嵌入式控制芯片進行艦載對空導彈的自動裝載的模糊PID控制和自動裝載裝置狀態信息采集，在主機模塊中進行集成信息處理，結合ZigBee網絡傳輸協議進行硬件接口設計，設計一個計數器模塊，進行艦載對空導彈的自動裝載控制系統的時鐘中斷控制，總線集成控制模塊電路設計如圖3所示。(3)機械臂輸出控制模塊。機械臂輸出控制模塊是整個自動控制系統的核心，通過浮點DSP拷貝艦載對空導彈的自動裝載控制指令到RAM緩沖區，采用VXI系統總線發送數據到主控計算機，采用4片AD8582的進行AD采樣和數據轉換控制，利用DAVICOM公司的DM9000網絡模塊進行導彈自動裝載界面的射頻接口設計，得到機械臂輸出控制模塊電路設計如圖4所示。(4)人機交互模塊。人機交互模塊采用TMS320VC5509A作為DSP智能信息處理終端，結合6線同步串口總線控制技術進行人機交互設計，采用嵌入式的ARM和擴展總線技術進行人工智能環境下的艦載對空導彈的自動裝載控制指令傳輸和自適應調度，用DSP進行多通道的信息接口設計，在信息界面的人機交互液晶現實中，以Vout作為導彈自動裝載控制系統的驅動電壓輸出終端，采用MVB集成控制方法，實現自動裝載控制系統的可編程邏輯控制，綜上分析，得到本文設計的艦載對空導彈的自動裝載控制的人機交互模塊電路設計如圖5所示。根據上述對導彈自動裝載界面和信息系統的硬件模塊化設計，在PLC邏輯可編程環境下，通過集成電路和軟件開發方法，實現對艦載對空導彈的自動裝載控制系統的集成設計和開發。

3實驗測試分析

為了驗證本文設計系統在實現艦載對空導彈的自動裝載性能優化中的應用性，進行仿真實驗，實驗中控制算法設計采用Matlab7實現，艦載對空導彈的自動裝載的自動裝載裝置模式設定為SPI和PSI2種工況模式，對導彈裝載的位姿和力學參數數據采集采用4路隔離，16路差分AD采樣方法，采用8路TTL進行力學參數的總線傳輸控制，結合32位的傳感器進行控制參量采集和信息融合，通過TTL、RS232、RS422、RS485、USB、CAN、以太網、LVDS、1553B等接口進行數字接收，系統采用2個14位模擬輸入通道進行控制指令輸入，配有雙通道100MS/s同時采樣功能，導彈裝載的控制指令通過AC、DC耦合，最大可組合成4通道，根據上述系統設定，進行控制系統測試，得到控制性能曲線輸出如圖6所示，位姿控制誤差對比見表1。分析上述仿真結果得知，采用本文方法進行艦空導彈的自動裝載控制的輸出穩定性較好、誤差較低、性能優于傳統方法。

4結束語

對艦空導彈的裝載系統進行智能控制設計，結合人工智能控制算法和控制系統的集成設計，提高艦載對空導彈的自動裝載的智能性和穩定性，從而提高艦載對空導彈的裝載效率，本文提出一種基于模糊PID和嵌入式集成控制的艦載對空導彈的自動裝載控制設計方法。設計的艦載對空導彈的自動裝載控制系統分為吊裝力學參數計算模塊、總線集成控制模塊、機械臂輸出控制模塊、人機交互模塊，采用嵌入式的ARM和擴展總線技術進行人工智能環境下的艦載對空導彈的自動裝載控制指令傳輸和信息調度，采用模糊PID控制算法進行艦載對空導彈的自動裝載控制算法優化設計。基于嵌入式的ARM和DSP智能信息處理芯片，進行系統的硬件模塊化設計。研究得知，本文方法進行艦載對空導彈的自動裝載控制的穩定性較好、裝載位姿調節誤差較小、滿足設計指標。

參考文獻

［3］王華，康榮杰，王興堅，等．軟體彎曲驅動器設計與建模［J］．北京航空航天大學學報，2017，43(5):1053－1060．

［4］陳光榮，王軍政，汪首坤，等．基于主被動負載的負載獨立口雙閥節能控制系統研究［J］．北京理工大學學報，2016，36(10):1053－1058，1064．

［5］陳光榮，王軍政，趙江波，等．基于虛擬分解控制的液壓足式機器人單腿穩定阻抗控制［J］．機器人，2017，39(5):704－714．

［6］鞠曉東，鄭振．基于末端軌跡修正的導彈跟蹤穩定性控制方法［J］．智能計算機與應用，2018，8(2):121－125．

［7］李可，米捷．基于變結構PID的仿生機器人機電控制算法［J］．河南工程學院學報(自然科學版)，2016，28(2):32－37．

［8］陸興華，甄漢健，段五星．嵌入式多模控制系統的容錯性控制器設計［J］．機械與電子，2016，34(4):62－65．

作者：任彥朋 單位：中國人民解放軍91640部隊