目录

●第1章现代火炮控制总论1
1.1火炮及其控制系统的技术发展回顾1
1.1.1近代火炮及控制1
1.1.2现代火炮及控制3
1.2火炮控制系统的研究对象与研究内容4
1.2.1火炮控制系统的研究对象4
1.2.2火炮控制系统的研究内容4
1.3火炮自动控制系统的一般概念5
1.3.1火炮自动控制系统的定义及基本要素5
1.3.2对火炮自动控制系统的基本要求5
1.4火炮自动控制系统的常用分类6
1.4.1按照微分方程式描述特征划分6
1.4.2按照被控制量与期望值的控制关系6
1.4.3按执行机构功率的大小分类7
1.4.4按单炮操作人数分类7
1.5在现代火炮控制工程中常用的控制理论方法7
1.5.1频域分析法8
1.5.2根轨迹法8
1.5.3时域分析法8
1.5.4系统辨识理论方法9
1.5.5基于反馈和复合控制的线性控制理论方法10
1.5.6基于串联控制的线性控制理论方法10
1.5.7鲁棒控制理论方法10
1.5.8自主控制理论方法11
1.6火炮控制系统的设计概述11
1.6.1火炮控制系统的设计理念11
1.6.2火炮控制系统组成架构的设计原则12
1.7火炮控制系统的主要技术能力12
1.7.1互联互通互操作能力12
1.7.2精准控制能力13
1.7.3“三化”能力13
1.7.4轻量化能力13
1.7.5网络化能力13
1.7.6产品通用质量特性持续提升能力14
1.7.7抗战场环境干扰能力14
1.7.8产品寿命周期低成本使用能力15
1.8现代火炮控制系统组成架构演进15
1.8.1组成架构分类15
1.8.2分立式控制系统16
1.8.3联合式控制系统17
1.8.4结合式控制系统18
1.8.5星型网络分布式控制系统19
1.9火炮星型网络分布式自动控制系统的技术优势20
1.9.1可重用20
1.9.2可重构21
1.9.3可成长21
1.9.4可共享21
1.10火炮星型分布式控制系统总体性能特性21
1.10.1系统总体要求21
1.10.2综合保障性22
1.10.3环境适用性要求23
1.10.4电磁兼容性23
1.10.5人-机工程23
第2章以太网交换技术原理24
2.1概述24
2.1.1网络技术及发展24
2.1.2网络交换机的主要技术指标24
2.1.3火炮交换机常用分类27
2.2网络交换机基本原理29
2.2.1组成与原理29
2.2.2交换单元的硬件结构30
2.2.3非管理型交换机技术原理33
2.2.4二层管理型交换机技术原理36
2.2.5三层管理型交换机技术原理39
2.3路由工作原理43
2.3.1路由的概念43
2.3.2路由的工作原理44
2.3.3路由表44
2.3.4距离矢量协议45
2.3.5链路状态协议46
2.3.6路径矢量协议46
2.4端口镜像原理47
2.4.1基本概念47
2.4.2工作原理47
2.5组播原理48
2.5.1组播的概念48
2.5.2组播的工作原理48
2.5.3IGMPv1/v2/v3版本50
2.5.4协议无关组播的原理52
2.5.5管理型交换机组播工作流程53
2.6生成树原理54
2.6.1STP的基本参数54
2.6.2STP的工作流程56
2.6.3STP定时器57
2.6.4STP配置报文58
2.6.5快速生成树59
2.6.6多生成树62
2.7链路聚合原理64
2.7.1链路聚合的基本原理64
2.7.2链路聚合选路功能设计65
2.7.3Trunk报文转发功能设计65
2.8时间同步原理66
2.8.1精密时间协议与广义精密时间协议对比66
2.8.2PTP的基本概念67
2.8.3E2E机制时间同步原理67
2.8.4P2P机制时间同步原理68
2.8.5E2E机制与P2P机制的区别69
2.9三层交换机设计示例70
2.9.1主要技术指标70
2.9.2系统组成与工作原理70
2.9.3交换管理单元设计71
2.9.4供电单元设计74
2.9.5BMC单元设计77
2.9.6设计达成情况77
第3章捷联惯性导航原理82
3.1概述82
3.1.1惯性技术的发展与应用82
3.1.2惯导系统分类82
3.1.3加速度计与陀螺83
3.1.4全球导航卫星系统85
3.1.5组合导航86
3.1.6惯导系统的主要功能86
3.2常用坐标系及其变换关系86
3.2.1坐标系的定义86
3.2.2坐标系之间的变换关系87
3.3平台惯导系统的工作原理88
3.3.1平台惯导系统的基本结构88
3.3.2平台惯导系统基本原理89
3.4SINS工作原理与设计90
3.4.1组成与工作原理90
3.4.2姿态解算原理92
3.4.3速度解算95
3.4.4位置解算96
3.4.5SINS误差模型97
3.4.6初始对准101
3.5SINS/里程计组合导航系统105
3.5.1组合导航的基本原理105
3.5.2里程计刻度误差模型106
3.5.3SINS安装误差模型106
3.5.4航位推算107
3.5.5里程计姿态误差方程109
3.5.6里程计的速度误差方程110
3.5.7SINS/OD组合导航算法111
3.6SINS/大气高程计组合导航系统112
3.6.1大气高度测量112
3.6.2惯性/高程阻尼回路法113
3.6.3SINS/高程计组合导航算法116
3.7SINS/GNSS组合导航120
3.7.1SINS/GNSS松组合系统工作原理120
3.7.2SINS/GNSS松组合算法121
3.8SINS的应用123
3.8.1传递对准在制导火箭弹中的应用示例123
3.8.2弹药制导127
第4章火炮发射系统减速传动原理129
4.1火炮发射系统减速传动的用途与分类129
4.1.1火炮发射系统减速传动机构的用途129
4.1.2火炮发射系统减速传动机构分类129
4.1.3对发射系统减速传动机构提出的技术要求129
4.2减速传动装置的动力学特性130
4.2.1系统动力学特性的描述方式130
4.2.2集中参数法动力学分析130
4.2.3动力学模型的建立131
4.2.4动力学特性分析示例135
4.2.5机械谐振模型及谐振机理分析136
4.2.6机械谐振频率特征检测140
4.3高低机和方向机的常用传动方式141
4.3.1常用的齿轮传动方式141
4.3.2各类齿轮传动方式特点对比146
4.4典型减速传动机构示例146
4.4.1基于蜗轮蜗杆的火炮高低向齿轮弧式减速机构146
4.4.2基于行星传动的火炮高低向齿轮弧式减速传动机构148
4.4.3基于RV传动的火炮方位向齿轮圈式减速传动机构149
4.5很好传动比设计150
4.6RV减速器设计计算实例151
4.6.1主要技术要求151
4.6.2确定主要零件的材料151
4.6.3基本参数设计151
4.7传动误差分析154
4.7.1传动误差的概念154
4.7.2静态误差分析155
4.7.3动态误差分析156
4.7.4考虑齿隙和弹性变形的传动误差分析示例159
4.8回程误差设计与消隙设计163
4.8.1回程误差分析163
4.8.2中心距可调消隙机构164
4.8.3弹簧加载浮动齿轮消隙机构165
4.8.4调整垫片的齿轮消隙机构165
4.8.5弹簧加载双片齿轮消隙机构166
第5章交流电机转速控制原理169
5.1概述169
5.1.1主要用途169
5.1.2分类169
5.1.3主要技术要求171
5.2永磁同步电机数学模型172
5.2.1永磁同步电机转速控制系统组成与原理172
5.2.2永磁同步电机结构与电机坐标系172
5.2.3坐标变换173
5.2.4坐标反变换175
5.2.5永磁同步电机数学模型176
5.3脉宽调制原理177
5.3.1正弦脉宽调制原理177
5.3.2空间矢量脉宽调制原理181
5.4基于零极点对消的电流控制器参数整定原理185
5.4.1电流环被控对象185
5.4.2电流调节器参数整定186
5.4.3零极点对消电流环仿真分析187
5.4.4实验188
5.5基于优选相位裕度的转速控制参数整定原理190
5.5.1速度环被控对象数学模型190
5.5.2基于优选相位裕度的速度控制器参数整定191
5.5.3转速控制系统仿真分析194
5.5.4实验195
5.6基于很优矩角补偿的转速控制原理197
5.6.1带有补偿角的永磁同步电机矢量控制197
5.6.2很优矩角补偿200
5.6.3仿真分析202
5.6.4实验203
5.7基于相关辨识法的转速控制参数自整定原理206
5.7.1相关辨识法的基本原理206
5.7.2相关辨识法的PMSM速度环自整定207
5.7.3相关辨识法自整定实验结果212
5.8基于递推最小二乘法的自主转速控制原理217
5.8.1速度环被控对象离散化217
5.8.2参数的递推最小二乘辨识219
5.8.3参数的自适应调节221
5.9火炮小型转速控制系统设计实例222
5.9.1转速控制系统技术要求222
5.9.2转速控制系统组成222
5.9.3操作台设计223
5.9.4角度器设计224
5.9.5碳化硅LRM型伺服驱动器设计224
5.9.6实验结果230
5.10火炮中型转速控制系统设计实例231
5.10.1主要技术要求231
5.10.2中型转速控制系统设计231
5.10.3中型转速控制系统电磁干扰分析233
5.10.4实验结果233
5.11火炮大型转速控制系统设计实例234
5.11.1设计要求234
5.11.2大型转速控制系统设计234
5.12三电平转速控制原理236
5.12.1三电平逆变器拓扑结构与工作原理236
5.12.2三电平逆变器空间矢量脉宽调制原理241
5.12.3三电平转速控制原理248
第6章防空火炮控制原理250
6.1概述250
6.1.1防空火炮的主要用途250
6.1.2分类250
6.1.3近年来国外发展的先进防空火炮252
6.1.4自行高炮系统的主要组成与工作流程254
6.2防空火控系统的主要功能和组成255
6.2.1主要功能255
6.2.2主要组成256
6.2.3火控系统的工作流程258
6.2.4主要技术要求259
6.2.5防空火控系统的分类260
6.3自行高炮雷达搜索光电跟踪火力控制原理260
6.3.1火控系统的主要技术要求260
6.3.2组成与原理261
6.3.3对目标进行现在点的测量和跟踪262
6.3.4再生角速度和记忆跟踪262
6.3.5独立瞄准线263
6.3.6目标导引263
6.3.7提前量解算263
6.3.8瞄准线和射击线稳定补偿264
6.3.9火炮随动系统267
6.4雷达系统工作原理267
6.4.1雷达工作的基本条件与工作频率267
6.4.2防空火炮雷达分类268
6.4.3全数字相控阵雷达系统的基本组成与工作原理270
6.4.4雷达系统计算原理270
6.4.5固态一维有源相控阵搜索雷达系统的原理271
6.5电视摄像机原理273
6.5.1电视成像技术的产生与发展273
6.5.2CCD摄像机成像原理及应用273
6.5.3分类275
6.5.4电视摄像机对空中目标的探测原理276
6.5.5主要技术指标278
6.6红外热成像系统原理278
6.6.1红外热成像技术发展概况278
6.6.2红外热成像系统对空中目标的探测原理279
6.6.3影响红外热成像系统作用距离的主要因素281
6.6.4红外热成像系统的探测特点281
6.6.5主要技术指标283
6.7光电跟踪系统的核心指标分析283
6.7.1光电跟踪系统核心指标确定的主要因素283
6.7.2根据核心指标对光电跟踪系统内部指标的考虑因素285
6.8光电系统稳定跟踪伺服技术原理286
6.8.1基本功能287
6.8.2光电系统组成与工作方式287
6.8.3光电转台289
6.8.4光电控制箱290
6.8.5伺服系统原理291
6.9火控系统精度分析293
6.9.1基本概念293
6.9.2系统误差源293
6.9.3随机误差源294
第7章防空火炮随动系统分析与校正原理295
7.1概述295
7.2测角传感器系统误差分析295
7.2.1测角传感器精度296
7.2.2测角传感器系统误差296
7.2.3基于自整角机的双通道测角结构分析297
7.2.4多级旋转变压器的测角分析297
7.2.5讨论297
7.3频域分析298
7.3.1希望开环对数幅频特性298
7.3.2校正302
7.4线性区关键小时间常数确定303
7.4.1关键小时间常数概念303
7.4.2关键小时间常数的确定304
7.5基于关键小时间常数的防空火炮随动系统设计308
7.5.1Ⅰ型随动系统309
7.5.2Ⅱ型随动系统设计310
7.5.3随动系统设计的解析方法311
7.6对力矩扰动的响应314
7.6.1对力矩扰动响应与对主令响应的关系314
7.6.2力矩扰动响应分析315
7.7基于主令的复合控制原理与设计316
7.7.1复合控制原理316
7.7.2Ⅰ型系统前馈补偿317
7.7.3Ⅱ型系统前馈补偿319
7.7.4复合控制的跟踪精度估算320
7.8基于扰动补偿的复合控制322
7.8.1射击力矩描述323
7.8.2基于频率法的线性区的射击误差分析323
7.8.3非线性区(饱和)的射击误差分析326
7.8.4射击扰动补偿分析328
7.8.5射击扰动负反馈控制分析328
7.9大范围协调控制329
7.9.1基本准则329
7.9.2误差平方根控制律329
7.10无前馈Ⅲ型全闭环控制随动系统原理332
7.10.1基于ITAE很优的Ⅲ型全闭环随动系统传递函数332
7.10.2幅频特性分析334
7.10.3位置与电流双闭环的设计336
7.10.4ITAE很优Ⅲ型全闭环随动系统的性能仿真337
7.11无前馈Ⅲ型全闭环自主控制随动系统原理338
7.11.1自主控制原理338
7.11.2基于PSO算法优化BP神经网络初始权值338
7.11.3基于BP神经网络自主调节PID参数340
第8章压制火力控制原理343
8.1概述343
8.1.1榴弹炮的主要用途343
8.1.2自行榴弹炮的基本组成和功能343
8.1.3近年来国外发展的先进榴弹炮344
8.1.4压制火力控制系统的分类与发展347
8.1.5火控系统主要技术要求347
8.2火控系统的组成与原理348
8.2.1平台惯导火控系统的组成与原理348
8.2.2捷联惯导火控系统的组成与原理349
8.3炮口初速雷达350
8.3.1国外发展情况350
8.3.2工作原理352
8.3.3初速雷达工作体制与工作频段353
8.4药温测量装置353
8.4.1影响药温测量精度的因素353
8.4.2装药的非稳态热传导模型及数值分析354
8.5炮兵标准气象条件354
8.5.1标准气象条件354
8.5.2气象对射击精度的影响356
8.6弹道解算356
8.6.1外弹道术语356
8.6.2弹道解算模型358
8.6.3弹道微分方程组360
8.6.4射表的内容366
8.6.5射表编制方法368
8.6.6弹道修正量计算368
第9章压制火炮随动系统分析与校正370
9.1概述370
9.2直流随动系统原理370
9.2.1系统组成370
9.2.2工作原理371
9.3基于车体姿态补偿的随动系统原理371
9.3.1系统组成371
9.3.2位置解算371
9.3.3工作原理374
9.4基于坐标变换的全闭环随动系统原理374
9.4.1系统组成374
9.4.2工作原理375
9.5基于捷联惯导系统的全闭环随动系统原理375
9.5.1系统组成375
9.5.2工作原理376
9.6具有稳定功能的火炮随动系统原理与示例376
9.6.1具有火炮线稳定功能的随动系统基本原理377
9.6.2基于速率陀螺前馈补偿的火炮线稳定系统设计示例378
9.6.3仿真验证384
9.6.4讨论389
9.7基于电动缸的随动系统原理与校正389
9.7.1基本参数与技术要求390
9.7.2火炮随动系统组成与工作原理390
9.7.3数学模型建立390
9.7.4高精度快速调炮校正与分析393
9.7.5高精度跟踪控制校正与分析398
9.7.6讨论403
9.8阀控电液随动系统原理与示例分析404
9.8.1火炮阀控电液随动系统原理404
9.8.2阀控液压系统原理404
9.8.3液压系统的油源406
9.8.4高低向液压系统406
9.8.5平衡机408
9.8.6方向液压系统408
9.9泵控缸电液随动系统原理与设计409
9.9.1基本参数与技术要求410
9.9.2系统组成与工作原理410
9.9.3泵控缸数学模型412
9.9.4试验结果415
9.10鲁棒控制原理415
9.10.1一般鲁棒控制原理416
9.10.2内模控制原理417
9.10.3H∞控制原理418
9.10.4滑模变结构控制原理419
参考文献421