基于小型发射平台的跟踪调度系统设计与研究
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摘要
顺应现代多管火箭炮数字化与轻量化的发展趋势,结合小型发射平台机电演示系统的研制,针对传统多管火箭炮信息化程度较低、调炮精度与跟踪精度较差等不足,对小型发射平台的跟踪调度系统进行了深入的设计研究。
综合运用嵌入式微处理器、总线、交流伺服控制与传感器等技术,设计了一套具有4种工作模式的数字化跟踪调度系统。提出了系统间采用CAN总线技术、系统内部采用RS-485总线技术的嵌入式系统总体设计方案,分析了这两种总线技术在跟踪调度系统中应用的合理性。构建了以“Kollmorgen GOLDLINE永磁同步伺服电机+KollmorgenBDS5驱动器+旋转变压器+角位变送器”为核心的,方位、俯仰双自由度的全闭环交流位置伺服系统。以高性价比的32位ARM9处理器芯片S3C2410作为控制主机内核,采用“核心主板+扩展板”的方法设计了硬件平台。选用开源的Linux作为嵌入式操作系统,并搭建了应用软件开发平台。采用控制主机与BDS5驱动器交互控制的方式,设计了4种跟踪调度模式的控制程序。
对系统进行样机实验研究,结果表明所研究的跟踪调度系统具有精度高、动态性能优越等特点,完全满足静态误差小于2mil,动态误差小于4mil的设计指标。小型发射平台的成功研制不仅提供了良好的实验教学演示设备,而且顺应了现代武器装备信息数字化的发展趋势,为现役多管火箭炮的数字化改造以及新型轻量化、高机动性多管火箭炮的研制提供了较好的思路。
To cater for the development trend of high digital degree and lightweight in modern multiple launch rocket system (MLRS), integrating with the research of mini-launcher for teaching demonstration, a tracking control system is designed and investigated in this paper, aiming at defects such as low digital degree, low positioning and tracking accuracy in traditional MLRS.
Embedded technology, field bus technology, AC servocontrol technology and sensor technology are applied, and a digital tracking control system with four kinds of work mode is designed. An overall design project on embedded system is put forward, using RS-485 bus internal system and CAN bus between systems. And the rationality of using the two kinds of bus is analysed. A double-axis close-loop AC position servocontrol system, based on permanent magnet synchronous motor (PMSM), KOLLMORGEN motor driver BDS5, resolver transformer and resolver to digital signal converter (RDC), is constructed. A 32-bit RISC cost-effective microprocessor S3C2410 is used as the kernel of the host computer, and the top-bottom design approach is adopted in hardware design. The open-source Linux is chosen as the embedded operation system and an application software development platform is built. Four patterns of tracking control program are designed by interactive control between host computer and BDS5.
Prototype experimental study on the system is carried out. The result of tests shows that the tracking control system has fulfilled the design criteria with high accuracy and powerful dynamic performance. The success of mini-launcher not only provides an excellent teaching demonstration apparatus, but also caters for the digital development trend of modern weapon, and provides a good method for digital improvement on traditional MLRS in service and research on lightweight, high-mobility modern MLRS.
综合运用嵌入式微处理器、总线、交流伺服控制与传感器等技术,设计了一套具有4种工作模式的数字化跟踪调度系统。提出了系统间采用CAN总线技术、系统内部采用RS-485总线技术的嵌入式系统总体设计方案,分析了这两种总线技术在跟踪调度系统中应用的合理性。构建了以“Kollmorgen GOLDLINE永磁同步伺服电机+KollmorgenBDS5驱动器+旋转变压器+角位变送器”为核心的,方位、俯仰双自由度的全闭环交流位置伺服系统。以高性价比的32位ARM9处理器芯片S3C2410作为控制主机内核,采用“核心主板+扩展板”的方法设计了硬件平台。选用开源的Linux作为嵌入式操作系统,并搭建了应用软件开发平台。采用控制主机与BDS5驱动器交互控制的方式,设计了4种跟踪调度模式的控制程序。
对系统进行样机实验研究,结果表明所研究的跟踪调度系统具有精度高、动态性能优越等特点,完全满足静态误差小于2mil,动态误差小于4mil的设计指标。小型发射平台的成功研制不仅提供了良好的实验教学演示设备,而且顺应了现代武器装备信息数字化的发展趋势,为现役多管火箭炮的数字化改造以及新型轻量化、高机动性多管火箭炮的研制提供了较好的思路。
To cater for the development trend of high digital degree and lightweight in modern multiple launch rocket system (MLRS), integrating with the research of mini-launcher for teaching demonstration, a tracking control system is designed and investigated in this paper, aiming at defects such as low digital degree, low positioning and tracking accuracy in traditional MLRS.
Embedded technology, field bus technology, AC servocontrol technology and sensor technology are applied, and a digital tracking control system with four kinds of work mode is designed. An overall design project on embedded system is put forward, using RS-485 bus internal system and CAN bus between systems. And the rationality of using the two kinds of bus is analysed. A double-axis close-loop AC position servocontrol system, based on permanent magnet synchronous motor (PMSM), KOLLMORGEN motor driver BDS5, resolver transformer and resolver to digital signal converter (RDC), is constructed. A 32-bit RISC cost-effective microprocessor S3C2410 is used as the kernel of the host computer, and the top-bottom design approach is adopted in hardware design. The open-source Linux is chosen as the embedded operation system and an application software development platform is built. Four patterns of tracking control program are designed by interactive control between host computer and BDS5.
Prototype experimental study on the system is carried out. The result of tests shows that the tracking control system has fulfilled the design criteria with high accuracy and powerful dynamic performance. The success of mini-launcher not only provides an excellent teaching demonstration apparatus, but also caters for the digital development trend of modern weapon, and provides a good method for digital improvement on traditional MLRS in service and research on lightweight, high-mobility modern MLRS.
引文
[1]吴秉贤,严世泽,龚龙兴.火箭发射装置结构分析[M].国防工业出版社,1988.
[2]宋传滨.火箭炮的发展及性能提高的途径[J].科技咨询导报,2007(14):109.
[3]孙立华.世界军事强国竞相改进多管火箭炮[J].国防科技工业,2006(12):55-57.
[4]赵玉玲.世界火炮发展概述[J].外军炮兵,2005(5):8-12.
[5]朱玉川.某箱式多管火箭炮快速装填与高精度自动操瞄系统研究[D].南京理工大学博士学位论文.2006.
[6]冀恒.万弹齐发--多管火箭炮系统一瞥[J].国外坦克,2005(5):33-36.
[7]吴磊.火箭炮的革命[J].国外坦克,2007(7):46-50.
[8]华菊仙.2015年前后美国陆军压制武器发展预测[J].现代兵器,2003(12):9-12.
[9]郭暄.多管火箭炮的全球发展[J].当代军事文摘,2007(12):62-64.
[10]Charles L.Hernandez.Human Factors Evaluation of the High Mobility Artillery Rocket System(HIMARS)in the Combined HIMARSGuided Multiple Launch Rocket System (GMLRS)Initial Operational Test[R].Army research laboratory,2007.
[11]Charles L.Hernandez.Human Factors Evaluation of the XM30 Guided Multiple Launch Rocket System(GMLRS)in the Combined High Mobility Artillery Rocket System (HIMARS)-GMLRS Initial Operational Test[R].Army research laboratory,2007.
[12]王业.从“龙卷风”浅谈未来远程火箭炮的发展[J].现代兵器,2007(12):24-26.
[13]岳松堂.多管火箭炮及其远程制导弹药[J].现代军事,2007(2):26-31.
[14]杨艺.依然美丽的“喀秋莎”--俄罗斯多管火箭炮的现状、特点和发展趋势[J].现代兵器,2006(5):36-38.
[15]孔凡清,将言.从近战到远战的历史性跨越--我国研制的首款83式273毫米远程火箭炮[J].坦克装甲车辆,2007(11):24-28.
[16]孔凡清,将言.雷霆万钧的装甲“霹雳炮”--我国自行研制的PHZ89式122毫米履带式自行火箭炮[J].坦克装甲车辆,2007(9):5-11.
[17]王军.倾泻的“钢雨”--中国89式122毫米40管履带式火箭炮[J].兵工科技,2006(11):24-26.
[18]王田苗.嵌入式系统设计与实力开发[M].清华大学出版社,2002.
[19]潘巨龙.ARM9嵌入式Linux系统构建与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[20]李驹光.AMR应用系统开发详解[M].清华大学出版社,2003.
[21]马维华.嵌入式系统原理及应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.
[22]孙柏林.从“自成系统”到“嵌为一体”--军用嵌入式系统漫谈[J].微计算机 信息,2004(51:6-8.
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[24]翟斌,田武.嵌入式计算机--引领武器发展新时代[J].国防科技,2004(12):83-84.
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[26]谈乐斌.火炮概论[M].北京:北京理工大学出版社,2005.
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