【摘要】：為了提高常規(guī)炮彈的打擊精度,選擇利用彈道修正執(zhí)行機構(gòu)來減小彈藥在飛行中的彈道偏差。在彈道修正過程中通常需要彈藥轉(zhuǎn)速較低,因此本文以永磁發(fā)電機作為彈道修正執(zhí)行機構(gòu),作用于小口徑固定翼雙旋彈的修正舵機上,實現(xiàn)固定鴨舵的轉(zhuǎn)速調(diào)整與滾轉(zhuǎn)角度制動控制。本文首先介紹了修正舵機的工作特性以及永磁發(fā)電機的調(diào)速原理,并在此基礎(chǔ)上,搭建了以永磁發(fā)電機為核心的調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。通過改變系統(tǒng)負(fù)載電流大小,對永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整進行仿真測試,測得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流成正比例關(guān)系變化,由此確定了鴨舵滾轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)方案。其次,分析了鴨舵在飛行中所受到的氣動導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩、摩擦力矩、極阻尼力矩和電磁力矩,推導(dǎo)出了各力矩的輸出公式,并根據(jù)各力矩作用效果給出了鴨舵滾轉(zhuǎn)控制方法。然后,設(shè)計了控制鴨舵滾轉(zhuǎn)的永磁發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng),包括信號采集模塊、信號處理模塊以及相關(guān)軟硬件設(shè)計等,并對系統(tǒng)中各部分電路功能進行仿真測試,確定了電路元件參數(shù)。最后,對系統(tǒng)電路進行制板、測試以及軟件程序調(diào)試,得到了系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)速所需的PWM波控制信號,并搭建了半實物仿真平臺來模擬舵機的滾轉(zhuǎn)運動狀態(tài),對鴨舵在滾轉(zhuǎn)控制過程中的參數(shù)進行測試,在不同的測試條件下完成了對系統(tǒng)功能的驗證。半實物仿真測試結(jié)果表明:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在2r/s~6r/s范圍內(nèi),系統(tǒng)完成調(diào)速所需時間為0.23s~0.38s,制動滾轉(zhuǎn)角波動幅度為0.72°~1.78°,制動經(jīng)歷角度為13.15°~21.62°;控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越小,系統(tǒng)執(zhí)行時間就越少,可有效提高對鴨舵滾轉(zhuǎn)控制的響應(yīng)速度;轉(zhuǎn)子滾轉(zhuǎn)角度控制測試中,系統(tǒng)完成控制所需時間小于0.38s,穩(wěn)定后滾轉(zhuǎn)角波動幅度小于1.45°,經(jīng)歷角度小于21.62°,滿足對鴨舵滾轉(zhuǎn)角度控制的基本要求。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM351;TJ410.3
【圖文】：

固定翼鴨舵示意圖

2.1 永磁發(fā)電機的系統(tǒng)組成2.1.1 旋轉(zhuǎn)鴨舵的工作原理固定翼雙旋彈主要有制導(dǎo)系統(tǒng)和修正執(zhí)行系統(tǒng)兩大部分。修正執(zhí)行系統(tǒng)包括固定鴨舵、電磁執(zhí)行裝置和執(zhí)行控制電路組成。固定鴨舵由四個具有一定偏角的舵片與鴨舵的圓形外殼體呈“十”字狀固定連接所組成。在炮彈飛行過程中，因鴨舵受到氣流作用，其中一對舵片產(chǎn)生兩個相反方向的作用力，如圖 2-1 中舵片 1,3 所示，稱為差動舵，用于產(chǎn)生使固定鴨舵繞彈體縱軸旋轉(zhuǎn)的氣動導(dǎo)轉(zhuǎn)力；另一對舵片則產(chǎn)生兩個相同方向的作用力，如圖 2-1 中舵片 2,4 所示，稱為同向舵[9]，用于產(chǎn)生對彈道修正的操縱力，圖 2-2 所示為固定鴨舵截面示意圖。在炮彈打出后，彈體以很高的速度旋轉(zhuǎn)，鴨舵在差動舵的作用下以相反方向旋轉(zhuǎn)。在無控階段，鴨舵以較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同向舵在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，對彈體的平均作用效果為零，不會對飛行彈道造成影響[15]。在修正階段，當(dāng)控制鴨舵相對大地靜止時，同向舵會對彈體產(chǎn)生修正力，從而改變彈體的飛行彈道。根據(jù)制導(dǎo)系統(tǒng)的修正指令以及外殼體上運動傳感器的反饋信息來控制鴨舵的滾轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過不斷調(diào)整和控制同向舵相對大地的角度位置，改變修正力對彈體的作用方向，從而實現(xiàn)對彈丸的彈道修正[32]。

1.2 永磁發(fā)電機結(jié)構(gòu)組成固定翼雙旋彈的修正執(zhí)行機構(gòu)主要包括固定鴨舵和彈體內(nèi)軸兩大部件，其核心部永磁發(fā)電機結(jié)構(gòu)，由其產(chǎn)生的電磁力矩作為控制鴨舵滾轉(zhuǎn)的控制力矩。如圖 2-3 所示為修正機構(gòu)結(jié)構(gòu)外形圖，鴨舵的圓形外殼體與四片具有固定偏角的定連接，彈體與其內(nèi)軸固定連接，鴨舵通過軸承與彈體內(nèi)軸相連，兩者可按相反方。圓形外殼體的內(nèi)壁上嵌有一圈永磁體，在彈體內(nèi)軸上與永磁體相對應(yīng)的位置裝有圈繞組，并從該線圈上引出三根線可與整流、控制電路等模塊相連。兩者在旋轉(zhuǎn)過程舵與永磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)子作用相同，內(nèi)軸上線圈繞組與永磁發(fā)電機的定子作用相同，正系統(tǒng)的修正執(zhí)行裝置，如圖 2-4 所示修正機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。在炮彈飛行過程中，差動舵作用與彈體按相反方向轉(zhuǎn)動，此時線圈繞組上就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)閉合，可在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，鴨舵與彈體內(nèi)軸間則會產(chǎn)生電磁力矩。通過控制線圈小，可以調(diào)整電磁力矩大小，進而控制鴨舵的滾轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于該修正執(zhí)行裝置“轉(zhuǎn)外，“定子”在內(nèi)，當(dāng)控制“轉(zhuǎn)子”相對大地靜止時，但“定子”繼續(xù)保持旋轉(zhuǎn)，線圈繞組中一直有電壓存在，其結(jié)構(gòu)及工作原理與永磁發(fā)電機結(jié)構(gòu)和工作特點極為該裝置構(gòu)成外轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機。

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