1、 重武器环境模拟试验程序智能控制器设计方法研究-军事论文1 概述1.1 环境模拟试验的意义自然环境中，四季的严寒与酷暑对我们的生存和健康有很大的影响，同样气候条件对于各类产品的影响也很大，尤其是军用装备。现代战争条件下，复杂多变的作战环境对武器装备的环境适应性和工作可靠胜提出了要求，要求其必须能适应各种恶劣气候环境，并能在严酷的条件下正常使用。环境条件直接影响军用产品的质量和使用可靠性。例如，1971 年美国对机载电子设备全年的故障统计分析，有 52.7%是由于各种环境因素引起的，我国发射的“风云一号”卫星，升空后发射时空气湿度偏高，使卫星正常工作受到一定的影响，等等。因此，对军用产品，只有在
2、经历各种恶劣环境条件或在这种条件下能够正常工作，满足性能指标，才是合格的产品，才能发挥其应有的效能。为适应武器系统的发展，国外从 50 年代就先后建立了各种类型和不同规模的环境试验设备，如美国的阿伯丁靶场的环境试验设备，英国皇家科学院车辆环境试验室等，可模拟单一参数、多参数综合的环境条件，来严格地考核武器装备。美国、英国等之所以在各种恶劣条件下能高精度、高效率地攻击各种目标，除了先进的制导技术外，与其武器装备的高环境适应性密切相关。因此，现在世界各国很都很重视这个问题，均制定了各种通用和专用的试验标准，并且耗费巨资开展了各种气候环境试验。面对复杂多妾的国际形势，军委适时调整军事战略方针，确立沿
3、海、高原作战为军事斗争的主要方向。针对这样的调整，武器装备的作战环境随之发生变化，对武器装备的环境适应性和工作可靠性提出了要求，同时对环境试验的方法和设备也提出了更高的要求。1.2 基地环模室(自控系统)现状重武器综合气候环境模拟试验室(简称环模室) 主要用于常规武器装备的环境适应性试验，可按国家军用标准 GJB 一 150 进行高温、低温、湿热交变、干热、基本热和低温冷启动、高低温室*击等环境模拟试验，主要由大综合室、小综合室、射击室、空压机站及附属设施组成。目前环境试验室己经使用二年，完成了各类武器装备的环境模拟试验 52 项，全系统累计运行 4000 余小时。在完成近几年国家重点武器装备
4、的定型试验任务中，坏境模拟试验室发挥了巨大的军事效益。由于论证时间早、建设周期长、设计标准低，环境试验室在发挥重要作用的同时，其系统和设备的问题也越来越多，尤其是自控系统的安全性、稳定性、控制精度等控制品质的降低，主要表现为涡轮机已不能自动开机与调节及温、湿度超差等，难以满足当前及将来新产品的环境试验的要求。为了使环模室自控系统更好地满足“十五”期间高技术武器系统环境模拟试验任务的要求，通过对环模室控制系统各子系统进行研究，我针对其原控制系统存在的不足，提出了提高环模室自控系统的控制品质的方法，利用先进的控制策略，进行了环摸室系统智能控制器设计，并在实际试验中得到应用。试验结果表明，环摸室自动
5、控制系统的各项技术指标都优于原设计指标，控制品质的得到了提高，该系统能够满足新型武器装备的环境模拟试验要求。2 环模室自控系统的组成及存在的问题2.1 环模室自动控制系统的组成环模室可以提供多种试验条件，供被试品进行环境模拟试验。其中大、小、射三个试验室共可进行多种工况，多条曲线的试验内容。工艺设计复杂，设备种类繁多，为使其能够统一协调的工作，准确的产生出各种试验条件，采用了大量的自动化过程控制。环境室控制系统采用主从结构的形式:主一一从控制系统，由主站和从站两级组成。主一从两级之间可进行双向通迅。一个主站可有多个从站，可按具体的工艺条件和实际控制要求来确定。两级的主要功能:主站一一管理级控制
6、，是整个控制系统的神经中枢，由它发出各种指令，指挥各从站完成具体的控制任务。它还可接受从站上送的各种数据，完成试验参数的显示、打印、制表、绘图和报警等工作。从站一一面对被控设备，接受主站发来的指令(或控制信号) 。按指令(或控制信号)的要求，执行具体的控制操作，实现控制的目的。同时，它可将采到的各种数据上送至主站，这些参数也可由从站在就地显示。2.1.1 自控系统的总体构成环模室自控系统的组成主要包括主控台和各辅助系统的子控制系统，这些子系统主要由控制设备和配电设备组成，其主要功能是控制环境室工艺设备的自动运转，设置并控制完成环境试验曲线，测量和调节各试验室室内及各工艺系统的温度、湿度、压力等
7、参数，共同完成对所控对象的自动控制。.2.2 原控制系统存在的问顾2.2.1 控制算法的单调落后经典 PID 控制算式为 :其中 xP、TI、TD(比例、积分、微分) 三个常量在系统存在任何干扰的情况下，仍保持定值，且算式结构一成不变，这就使得 PID 参量及控制算式不能满足控制系统时变的要求，算法单调，不能灵活运用，这就影响了控制系统的性能以及试验曲线控制精度。2.2.2 控制策略不能结合实际环模室的控制策略主要是以仪表控制程序组态来实现的，其控制程序在长期的试验过程中暴露出单调性，不能完全抓住环模室这一特殊控制系统的特征，不能理论与实际相结合狡具体问题具体分析，仍采用单输入与单输出的经典的
8、控制方法，难以满足系统要求。3 环境模拟系统智能控制器设计.103.1 环境模拟系统特性分析103.2 环模室系统智能 PID 控制器设计113.3 抗积分饱和的 PID 控制器设计.143.4 低沮系统双回路控制.的设计.203.5 预估补偿控制器设计（曲线拐点超前调节）294 环模室控制系统试验研究384.1 等效模拟试验.384.2 环镇室控制系统试骏.394 环模室控制系统试验研究4.1 等效模拟试验研究为了验证新的控制方案，结合新的控制策略重新编制了部分组态，进行了小综合试验室、射击室等效模拟调试。4.1.1 等效模拟试验系统组成小综合室，射击室等效控制系统硬件部分包括空压机控制系统
9、、涡轮机控制系统、电加热(调功器)控制系统、中温水控制系统、加湿(电蒸汽) 与除湿 (转轮除湿机)控制系统、小综合室、射击室控制系统等。控制系统软件部分包括十四台 TCS 智能控制器控制程序、五台T100 可编程控制器曲线控制程序、及 T3500 监控管理程序(小综合室部分、射击室部分)。5 结论控制方案:本文高温、湿热试验所采用的智能 PID 控制、抗积分饱和积分分离 PID 控制、低温以涡轮机控温为主，曲线辅以电加热微调(双回路) ，拐点超前干预等策略，以软代硬的思想、在不浪费能量的前提下，有效地解决了控制精度与安全性的矛盾;高温试验用水调节室内温度和低温必须将表冷器内水分全部吹空的矛盾。实践证明，在目前系统、目前条件下，目前的控制方案不失为最佳方案。控制精度:在原工艺设计要求温度控制精度为 Tl
