導彈電液伺服機構仿真裝置研制

摘要：在簡(jiǎn)單介紹某導彈電液伺服機構的基礎上，詳細闡述了基于ARM的仿真裝置硬件功能模塊設計制作，軟件設計思路和實(shí)現。最后通過(guò)試驗表明該裝置性能穩定可靠，實(shí)用性強，不受通電時(shí)間限制，提高了導彈電液伺服機構的教學(xué)和訓練效果。

引言

　　電液伺服機構作為導彈控制系統的執行機構，廣泛用于各種型號的彈道式導彈上，它的響應速度和精度直接影響導彈的命中精度。對于電液伺服機構這樣一個(gè)結構復雜、要求精密的武器裝備，需要電路、液路和氣路多方面的知識，且在測試過(guò)程中有嚴格的通電時(shí)間限制。目前，基層部隊訓練和軍事院校教學(xué)中，由于受通電時(shí)間所限，電液伺服機構只能依靠文字、圖片、工作流程的動(dòng)畫(huà)演示。短期崗位任職技能操作訓練，也無(wú)法滿(mǎn)足“實(shí)物實(shí)訓”的教學(xué)訓練需求，裝備操作號手無(wú)法直觀(guān)體驗電液伺服機構內部部件的連接方式和工作過(guò)程，不利操作號手對裝備本身和原理的深化認知，成為院校理論教學(xué)與部隊操作訓練的瓶頸。

1 電液伺服機構原理簡(jiǎn)介

　　某導彈電液伺服機構組成結構框圖如圖1所示。它由伺服放大器、轉換放大器(電液伺服閥)、液壓執行元件、反饋測量元件和液壓源等組成。

　　伺服放大器：是將指令電壓和反饋電壓信號比較后轉變?yōu)槌杀壤碾娏?，控制電液伺服閥工作，達到精確控制的目的;

　　電液伺服閥：是轉換和放大元件，它將伺服放大器放大后的電信號轉換為液壓信號(流量、壓力)輸出并加以功率放大;

　　液壓執行元件：是系統在工作中能動(dòng)作和實(shí)現能量轉化的元件。

　　其中作動(dòng)筒輸入的是液壓油，輸出的是位移和力矩;反饋測量元件：是測量系統的輸出量，并轉化成反饋信號加入到系統的輸入端，與指令信號進(jìn)行比較輸出，形成反饋作用，保證系統穩定性、可靠性、精確性。

2 硬件設計與實(shí)現

　　根據某導彈電液伺服機構原理仿真裝置的總體功能要求，在保證與實(shí)裝工作過(guò)程一致的基礎上，結合該導彈電液伺服機構及其測試的特點(diǎn)和工作原理，利用較為成熟自動(dòng)控制技術(shù)和智能檢測技術(shù)，采用先進(jìn)的ARM嵌入式計算機系統，如圖2所示。

　　由圖2可以看出，導彈電液伺服機構仿真系統包含能源回路和控制回路。其中能源回路功用是提供恒定壓力、足夠流量液壓工作介質(zhì)，對控制回路的工作起保證作用，其主要元件包括直流電動(dòng)機、柱塞泵、蓄能器、油箱、溢流活門(mén)、防污染元件、過(guò)載保護元件和操作元件等?？刂苹芈肥撬欧刂葡到y的核心，是伺服控制系統實(shí)現控制的關(guān)鍵，主要由伺服放大器、電液伺服閥、作動(dòng)器和反饋電位計組成，其作用是提供控制信號促使能源回路相應地動(dòng)作，并通過(guò)反饋回路，對能源回路的動(dòng)作加以檢測，從而判斷整個(gè)系統是否已完成了預期的任務(wù)。

　　由于電氣器件的多方面的適應性，因而用它們來(lái)進(jìn)行反饋測量以及信號放大和信號操作都很理想，另一方面，液壓執行器的輸出功率大，結構緊湊，作為動(dòng)力元件十分合適，在一切電氣器件和液壓元件的組合中，都需要一個(gè)元件作為連接兩者的橋梁。在控制系統中，這種轉接是由一個(gè)電液伺服閥來(lái)完成的，伺服閥將小功率的電信號轉變?yōu)殚y的運動(dòng)，然后閥的運動(dòng)又去控制流向液壓執行器的流量和壓力。

　　控制電路設計采取功能仿真設計，使用嵌入式ARM計算機構成控制系統。硬件部分主要包括：ARM計算機、接口模塊、驅動(dòng)板、各設備電路等部分。采取分布式控制方式，以ARM計算機為核心，配合各類(lèi)接口擴展板，實(shí)現各類(lèi)信號的采集與控制。系統仿真控制采取成熟工業(yè)控制技術(shù)，綜合各系統功能需求統一設計制作，各子系統功能接口板，如I/O、A/D、數碼管驅動(dòng)、電機控制、總線(xiàn)控制等接口板，根據設備需要獨立設計制作，驅動(dòng)板主要滿(mǎn)足部分電路和器件的功率要求。由于采用計算機進(jìn)行仿真控制，外圍接口模塊主要完成時(shí)序控制、開(kāi)關(guān)量控制、信號采集、電平轉換等，總線(xiàn)結構如圖3所示。

　　伺服機構控制電路功能仿真模塊主要采用對外接口功能仿真，即利用某導彈電液伺服機構仿真系統可以完成技術(shù)陣地電液伺服機構充氣壓力、油面壓力、液壓油溫度檢測等主要任務(wù)，再現某導彈電液伺服機構單元測試準備流程中的要點(diǎn)環(huán)節;通過(guò)某導彈電液伺服機構仿真軟件及測試流程，給導彈電液伺服機構仿真裝置送入各種測試指令，模擬器根據指令類(lèi)型及測試進(jìn)程，仿真各種現象，并在面板上顯示各種狀態(tài)信息。導彈電液伺服機構仿真系統控制面板如圖4所示。

　　嵌入式ARM計算機綜合處理由電液伺服機構仿真設備發(fā)來(lái)的各種操作信息，并進(jìn)行分類(lèi)處理，一方面將操作信息發(fā)送到外圍設備處理模塊，使各分電路工作協(xié)調一致，實(shí)現信息同步交流與共享;另一方面將處理信息上傳到教學(xué)系統終端，進(jìn)行多媒體教學(xué)互動(dòng)和訓練監控與管理，嵌入式ARM計算機模塊與上位機的組合結構圖如圖5所示。外圍模塊主要完成各設備或儀器的功能仿真，既能獨立工作，又通過(guò)總線(xiàn)結構，與通用計算機的進(jìn)行信息交換，保證系統的同步協(xié)調。

　　導彈電液伺服機構原理仿真裝置通過(guò)建立具有與模擬操作測試同步刷新功能的電路、液路和氣路原理軟件演示系統，利用串口通信協(xié)議，接收操作控制面板實(shí)時(shí)發(fā)送的模擬操作硬件接口信息，啟動(dòng)相應的測試原理動(dòng)態(tài)顯示模塊，實(shí)現測試原理的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)教學(xué)?？芍庇^(guān)、形象的展示電液伺服機構各部件結構、連接關(guān)系及其整體配合工作情況，對操作號手認知裝備結構、深化原理掌握，具有較好的支撐和保障作用。