第１９卷 第１６期 Ｖ０１．１９ Ｎｏ．１６ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１１年８月 Ａｕｇ．２０１１ 某火炮故障检测系统设计及精度问题研究 万晓飞，马维金，王觅蕤 （中北大学机械工程与自动化学院，山西太原０３００５１） 摘要：火炮故障检测系统检测范围有限和检测精度低是火炮故障诊断系统的两大缺陷。针对现有火炮检测系统检测 精度低的问题，从电路设计、Ａ／Ｄ采集电路设计以及液晶显示等方面分析了影响系统检测精度的主要因素，并提出了 多种改善检测精度的方案。针对现有火炮检测系统检测范围有限的问题，提出了一个可对炮控箱、操纵台和瞄控箱、 电源、开关以及电位旋钮等多位置发生的故障进行检测的火炮综合故障检测系统。并对该系统相关的硬件和软件进 行了设计。测试实验表明，该系统功能完善，通用性好，改善系统检测精度的方案实用性强，对于提高我国的火炮故障 检测水平具有积极的意义。 关键词：火炮；故障检测；单片机；人机交互；采集精度 中图分类号：ＴＪ３０６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１１）１６—００６８—０４ Ａ ｆａｕｌｔ ｍｕｌｔｉ【ｐｉｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｃｈ ｏｆ ａｃｃｕｒａｃｙ ｆｏｒ ａｒｔｉｌｌｅｒｙ ＷＡＮ Ｘｉａｏ—ｆｅｉ，ＭＡ Ｗｅｉ－ｊｉｎ，ＷＡＮＧ Ｍｉ—ｒｕｉ （Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎ＆ｅｍｉｔｙ ｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｕ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｅｔｅｃｔ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｒｅ ｔｗｏ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｄｅｆｅｃｔ ｉｎ ａｒｔｉｌｌｅｒｙ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ａｒｔｉｌｌｅｒｙ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｆｒｏｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ，Ａ／Ｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｐｌａｎｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｅｔｅｃｔ ｒａｎｇｅ ｉｎ ａｒｔｉｌｌｅｒｙ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ａｂｏｕｔ ｇｕｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｄｅｔｅｃｔ ｆｏｒ ｆａｕｌｔ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ，ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ，ｓｗｉｔｃｈｅｓ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ ｋｎｏｂ ｏｆ ｇｕｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｏｘ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｎｅｌ ａｎｄ Ａｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｏｘ，ａｎｄ ｄｅｓｉｎｅｄ ｇｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｆｕｌｌｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ，ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｇｏｏｄ，ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｇａｍ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｒ ｆｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｒｔｉｌｌｅｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｒｔｉｌｌｅｒｙ；ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｍａｎ—ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ 国内外对炮控装置的检测一直是沿用采集卡加工控机 的模式来实现的，尤其国内，目前在这方面还处于较低的水 平，这样既成本高，体积又很大，并且国内仅是对炮控箱和 操纵台的单独检测，没有对炮控箱、操纵台和瞄控箱进行 综合检测。某型火炮故障检测系统是对该型火炮的炮控箱、 操纵台和瞄控箱进行综合故障检测，其故障包括炮控箱、 １ 系统的整体结构 １．１系统概述 某型火炮故障系统检测应用于对该型火炮的炮控箱系 统、操控台系统、瞄控箱系统进行快速综合的故障检测，判断 出故障所在的系统部位，并且具有针对性地进行修理。考虑 到本系统主要应用在对环境温度有严格要求，而且需要长期 操纵台和瞄控箱的信号．电源，开关以及电位旋钮等发生的 故障。 的维护和保养，通过对各方面的综合考虑设计出火炮火控系 统故障检测的总体设计，整个系统分为３大部分： １）Ｉ／Ｏ卡．这部分主要用来对原始信号进行预处理。 ２）下位机的主控单元是ＡＶＲ系列ＣＰＵ，Ａｔｍｅｇａ１２８。主 当对某型火炮进行维护保养时，就可以将此检测仪和相 应的接口连接（此系统和炮控箱、操纵台、瞄控箱有接口），进 行故障检测．若有故障则用红色或错误示警，检测员还可以 在相应的帮助界面得到故障的可能原因及相应的解决方法。 若无故障则显示正常（当然，有些需人为判断）。由于是检测 火控系统的故障，采集精度就很重要，本文就影响精度的因 素以及解决的方法做了深入的研究口１。 收稿日期：２０１１－０６—２０ 稿件编号：２０１１０６０８６ 要是控制信号的采集和与上位机的通信。 ３）上位机选用的是智能终端液晶触摸显示屏，进行人 机交换，用来显示由下位机采集到的电压值和故障的解决 措施 基金项目：山西省回国留学人员科研基金资助项目（２０１０１４７７） 作者简介：万晓飞（１９８８一），男，河南林州人，硕士研究生。研究方向：机械系统故障诊断。 －６８－ 万晓飞，等 某火炮故障检测系统设计及精度问题研究 １．２系统硬件设计 １．２．１ Ｉ，０设计 系统的抗干扰性和稳定性是需要第一考虑的，其中关键 器件的选择很重要，器件的工作温度范围、工作湿度范围、抗 电强度等都要符合我标［２１。因此系统硬件设计是整个系 统的关键部分。其总体设计框图如图１所示。 图１ 系统硬件总体设计框图 Ｆｉｇ．１ Ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｉｇｎ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ 系统的Ｉ／Ｏ信号处理部分是由信号选择电路，分压电路， 光电隔离以及电压跟随器等组成，如图２所示，系统先进行 系统自检，单片机通过选通开关选通自检信号（为固定值５ Ｖ）， 经Ｉ／Ｏ信号处理，然后单片机通过模拟开关选通每一路，经 Ａ／Ｄ转换到单片机，单片机对每一路信号进行测试，然后单片 机给显示器发送指令，调自检界面，在上面显示自检结果。自 检完毕后选择待测信号，进行故障检测。信号种类很多，有交 流电压，直流大电压和直流小电压等信号。测试的量有通断， 电压以及电阻。 盆卜恽Ｈ霾 待测信 坌 筵Ｈ誉 信 号 ｌ 选 直流大电压 择 薹 篷Ｈ 标准电压 簧Ｌ道Ｉ ｌ＿一 口 图２信号处理示意图 Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 直流小电压（Ｖ＜５０ Ｖ）信号，通过电阻分压得到５ Ｖ以内 的电压信号（５ Ｖ为芯片的工作电压），再经过电压跟随器提 高输入阻抗。然后通过ＰＣＩ接口把信号送人下一级电路。由 于直流大电压（Ｖ＞５０ Ｖ）信号电压较大。为了防止大电压对电 路的损坏，采用光耦隔离电路，然后经电阻分压得到小于５ Ｖ 的电压．再经电压跟随器提高输入阻抗送人下一级电路。直 流信号处理原理图如图３所示，电阻 ， 对信号 ．分压， 经过限流电阻尺，进入运放，运放为电压跟随器电路，电容 Ｇ ， 为去耦电容，则输出电压为： Ｔ， 。＝＝ ‘Ｒｔ （ ） 图３直流信号处理原理图 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅｏｒｙ ｄｉａｇｒａｍ ｆｏ ＤＣ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 阻抗测试可以通过将测电阻转化为测电压的原理测试。 其具体实现可以通过图３的原理转化为测试电压，图３中 ： 和Ｒ （Ｒ 在这里即见）分别是固定电阻和待测阻抗，给Ｒ２一 端加上５ Ｖ的固定直流输入电压 ，那么待测阻抗为： Ｔ， Ｒ 百 ・ ２ （２） ｙｉ—ｙ 其中 为Ｒ 两端的电压采样值。这个电压采样值经过 电压跟随器．模拟开关，ＡＤ转换到达单片机，经软件补偿计 算后把阻抗值传给上位机显示。 通断测试其实也可以转化为测开关两端的电压值．如 图３所示，若 为通路时，电压值为０，若 为断路时，电压 值为５ Ｖ。它的采样电路和测试阻抗的采样电路一样，这里就 不再详述了。采样后直接经ＰＣＩ接口到达下一级电路。 交流信号频率比直流信号大，故ＡＤ数据转换时误差比 直流信号要大，因此必须把交流信号变为直流信号，这样误 差就降低了。交流信号经过电阻分压，整流滤波，最后经ＰＣＩ 接口传人下一级电路。交流信号处理电路原理如图４所示。 图４交流信号处理电路 Ｆｉｇ．４ ＡＣ ｓｉｎｇａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ 电阻 ２、Ｒ 信号进行分压，得到小于５ Ｖ的电压（５ Ｖ为 芯片的工作电压），然后接隔直电容整流电路和反相输入一阶 低通滤波电路得到直流信号，然后经ＰＣＩ接口送入下一级电 路【 。信号输出结果为： Ｖｏ＝ｆ ｉ Ｉ （３） ０＝＝ ‘Ｒ， （４） 由（３）和（４）得： ｏ＝＝ｌ盘氓３ ｌ㈣ 电容 和电阻 以及运放ＡＲ２组成滤波电路，其滤波 的截止频率为： －６９－ 《电子设计工程｝２０１１年第１８期 （６） 和通讯部件组成。单片机为主控单元，模拟开关作用是选择 通道，高精度Ａ／Ｄ作用是模数转换，通讯部件作用是单片机 １．２．２高精度Ａ／Ｄ采集系统 高精度Ａ／Ｄ采集系统包括单片机，模拟开关，高精度Ａ／Ｄ ＤＧｍ 一 叽 与上位机的通讯，从而实现上位机对下位机的控制。其电路 ｍ 图如图５所示。 ＶＣＣ【５Ｖ】 ｌＯｋ０ＩＩ ．＿——一ｃＵ１２ ：０．１ ｕＦ ＶＣＣ ｖｃＣ Ｖ＋ ； Ｆ ０—１ ｐ ＰＥＮ。。， 。 ） Ｅ２ 蓥 ＰＡ 三 ＰＡ ＰＧ ｅＬＫ Ｔ１ＩＮ ＲＩＯＵＴ Ｔ２１Ｎ Ｒ２ＯＵＴ Ｖ— ＡＧＮＤ ＣＵ ３４ ： （ＴＸＤ０／ＰＤＯ】ＰＩ］１ （ＸＣＫＯ／Ａ￣Ｎ０）ＰＥ ２ 眦 ＣＨＤ １ ｐ Ｆ ｆ０Ｃ ３Ｂ／］ＮＴ４）ＰＥ４ ＡＴｍ １２８ ＯＧＮＤ ＶＤＤ ＲＥＦ ＲＥＰＡＤＪ ．Ｉ耵 ＣＨ７ ＣＨ６ ＣＨ５ ｃｓ ＷＲ ＲＤ （ＭＧＳＩ）ＰＢ２ 。苫宝宝。Ｐ （ＯＣ Ｏ）（０ｃ１＾ｊ 善￡量童 呈 ｌ；≥＝＝２｛ ＰＢ５ （ＯＣ１Ｂ）ＰＢ６ ｇ自ｌ 目 ２Ｓｉ§暮； ｒｎｒ。、ＳＯ）ＦＢ３ ＰＢ４曼暑霉耋 Ｈ雎Ｎ ＳＨＤＮ Ｄ７ Ｄ６ Ｄ５ Ｄ４ ＣＨ４ ＣＨ３ ＤＧ Ｄ３／ＤＩＩ Ｄ２／Ｄ１０ 眦／Ｄ９ ＣＨ２ ｃＨ１ Ｃ／／＇Ｏ ＤＯ／Ｄ８ ＡＧ粕 图５单片机．ＭＤ和通讯部件电路图 Ｆｉｇ．５ Ｍｉｃｒｏ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，Ａ／Ｄ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃｉｒｃｕｉｔｓ 该系统是对炮控箱、瞄控箱和操纵台进行实时检测，信 号多，因此分了３个测试通道，分别是通道Ａ、通道Ｂ和通道 １．３系统软件设计 如图６所示，系统启动后，先进行板卡自检，分别是单片 Ｃ，每个通道有多路通路。由于本检测系统每次要对多路信号 进行循环检测，涉及到要实时对每路信号的通断选择控制． 同时也可以在人机交互界面即彩色液晶显示屏上可以实现 机板卡．炮控箱板卡．瞄控箱板卡以及操纵台板卡。然后进入 选择界面，选择了检测某一通道的某一路。则打开模拟开关， 进行ＡＤ数据转换．然后把转换结果与正确结果比较．相同则 发正常信号，不同则发不正常信号，若点击帮助，则显示相应 的数值，故障说明和措施。 对单路信号进行观察．综合对此功能的实现。经过对各种开 关电路器件的功能对比分析，本系统选择的是ＣＤ２２Ｍ３４９４ 模拟矩阵开关。 在数据采集系统中，Ａ／Ｄ转换的速度和精度又决定了采 集系统的速度和精度。ＭＡＸ１９７是Ｍａｘｉｍ公司推出的具有１２ 位测量精度的高速Ａ／Ｄ转换芯片，只需单一电源供电，且转 Ｉ系统启动及自检ｌ 卤Ｉ ‘ ｌ 换时间很短（６ ｓ），具有８路输入通道，还提供了标准的并 行接口——８位三态数据Ｉ／０口．可以和大部分单片机直接 炮控箱检测界面 ｌ瞄控箱检测界面ｌ 操纵台检测界面 上 ｌ选择检测通道ｌ Ｉ选择检测通道ｌ ｌ选择检测通道ｌ 接口，使用十分方便 下位机即主控ＣＰＵ从ＣＰＵ的性能、开发的难易程度和 其他方面考虑，本系统选用的ＣＰＵ是Ａｔｍｅｌ公司的ＡＶＲ系 ‘ ‘ ‘ ｌ模拟矩阵开关Ｉ ｌ ＡＤ数模转换ｌ ● 列ＣＰＵ，Ａｔｍｅｇａ１２８。它的作用是控制采集系统和通讯部件。 在实际使用时。单片机系统使用的是１］ 电平，单片机 串口输出的信号也是如此。但是在串行通信中使用的是 ＲＳ２３２通信协议，二者的电平并不相同，需要外接接口进行 电平匹配。本系统选用的是由德州仪器公司（１１）推出的一款 兼容ＲＳ２３２标准的芯片ＭＡＸ２３２可完成ｒＩＴｒＬ电平和ＲＳ２３２ 双向电平转换。串口通信协议采用的是ＲＳ２３２通信协议。 单片机判断是否正常 囱正常 ｌ按帮助 ｌ显示数值及介绍Ｉ 匡 ±不正常 按帮助Ｉ 显示数值及故障措施 ＲＳ２３２标准对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了 规定。与ＲＳ２３２相匹配的连接器是ＤＢ一９嘲 －图６系统软件框图 Ｆｉｇ．６ Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ７０－ 万晓飞，等 某火炮故障检测系统设计及精度问题研究 ２影响系统精度的因素及减小误差的方案 ２．１影响系统精度的因素 系统的精度高低直接关系到系统的可靠性，因此了解和 掌握影响系统精度的因素是十分必要的。从系统整体看，影 响系统精度的因素主要有３个方面，如图７所示，一是 Ｄ 精度。影响 Ｄ精度的因素分为Ａ／Ｄ本身精度和Ａ／Ｄ算法不 同带来的误差；二是采集系统的精度，主要由电阻分压的精 度，放大电路的精度以及信号的噪声等原因引起，三是显示 屏显示数字的精度。 ，Ａ／Ｄ本身特葭 Ａ／Ｄ精度 Ｌ Ａ／Ｄ转换算法 ｒ电阻分压的精度 ｌ 影响精度的因素 采集系统精度｛放大电路的精度 Ｉ 信号的噪声处理 ～液晶显示的精度 显示屏所能显示的精度 图７影响系统精度的因素 Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｃｕｒａｃｙ ２．２提高精度的方案 针对上述分析的影响系统精度的因素，提出了一系列解 决方法： １）选用高精度电阻进行分压，普通电阻精度为５％，而 高精度电阻精度则是０．１％．这样可以实现准确的对信号进 行分压。 ２）对系统信号进行除噪处理。在直流信号分压后加电 容滤去交流成分，交流信号分压后加电容阻断直流成分；直 流信号经运放跟随提高输入阻抗，并在输出端加滤波电容， 交流信号通过精密整流电路和有源一阶滤波电路变为直流 信号。 ３）液晶显示屏的数字显示精度设置到小数点后３位。这 样发送数据就不会造成太大的误差。如１２．５９８若显示屏数字 显示位数设置为小数点后１位，显示的数字为１２．５ 。 ４）放大电路选择高精度运放，运放电源一定选用较稳定 的电源供电，并且在电源处加去耦电容，其他芯片电源处也 加去耦电容。 ５）选用高精度Ａ／Ｄ，这样可以提高转化精度，例如选８位 Ａ／Ｄ和１２位Ａ，Ｄ精度上就差很多。 ６）注意交流直流之间的干扰，在处理交流信号和直流信 号时，注意分开处理。交流地和直流地分别接外壳。信号线要 选用带屏蔽的电缆。在ＰＣＢ布线时要将数字地和模拟地以及 信号地分离和数字信号线与模拟信号线的分离，数字地和模 拟地间要加磁珠。 ７）在算法上，Ａ／Ｄ采用不同的算法和时序，采集精度上是 有很大不同的。根据ＭＡＸ１９７的特性和实际要求，选择±５ Ｖ 的档位．内部时钟，其转化十进制的公式为： （ ５） （７） 。是十进制的显示数值，是十六进制显示的数值，即Ａ／Ｄ 转化结果。±５是选择的正负方向的最大值。要使Ａ／Ｄ转化精 度提高．就得选择较小的量程．并且在Ａ／Ｄ算法和时序控制 上都得采取措施。Ａ／Ｄ时序控制程序框图如图８所示，２ ｓ 是间隔时间。 图８ Ａ／Ｄ时序控制程序框图 Ｆｉｇ．８ Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ａ／Ｄ ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｇｒａｍ ８）软件设计上特别是数据处理上应该寻求突破，有时Ａ／Ｄ 采样值变化较大，那么就得用软件的方法减小误差，如图９ 所示，这是一种简单的软件减小误差的方法，采样开始，采一 次，将采集结果记录并比较标准值，若采样值与标准值相同， 则将此采样值显示到显示屏上．若采样值与标准值不相同。 则采第二次，重复刚才的工作，直到采第十次时，若采样值与 标准值相同，则将此采样值显示到显示屏上，若采样值与标 准值不相同，则将十次采样结果进行处理，去掉当中最大值 和最小值，之后求其平均值，将平均值显示到显示屏上。 匝蠡 相同』圆 匿函ｌ Ｉ 。 Ｉ ＞１ ０ 求ｌ ０个采样值的和 ｌ ｌ求１０个采样值的最值口和６ ｔ ｔ 图９数据处理软件流程图 Ｆｉｇ．９ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ３结 论 本文对应用于某火炮的综合故障检测系统及影响系统 精度的因素进行了研究。并针对影响精度的因素提出解决方 案。该系统采用单片机作为控制器，具有体积小、成本低和开 发方便的优点，较好地解决了工控机做炮控检测时成本高、 体积大的缺点，并且实现了炮控箱。瞄控箱以及操纵台故障 （下转第７４页） 一７１— 《电子设计工程｝２０１１年第１珏期 功放、电机、减速器和天线体等多个环节，被控对象的模型非 常复杂。在实际设计过程中，通过测试天线的频响特性来估计 被控对象模型。根据工程经验，被控对象可近似为两个振荡环 节，由于系统设计带宽较低，频率较低的振荡环节对控制系统 影响很大，而频率较高的振荡环节可忽略。因此被控对象可看 作一个二阶振荡环节。 控制器电路中，各元器件的参数如下：Ｒ６＝３３ ｋ１），ＲＦ３３ ｋｆｔ， Ｒ９＝３３ ｋＱ，Ｒｌ０＝１ Ｍｎ，Ｒｌ１＝３３ ｋｎ，Ｒ１３＝１ Ｍｎ，Ｃ１＝Ｏ．４７ ＩｘＦ， Ｃ ＝４．７ Ｆ。可根据参数写出模拟控制器的传递函数Ｄ（ｓ）＝ ９０． ，取采样时间Ｔ＝０．０２ ｓ利用公式（４）求出数字控 图５ 两种模型的输出结果对比 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｍｏｄｅｌｓ 制器Ｄ（ｚ）＝９０‘ Ｚ －０．两９５ ８ 建立仿真模型如图４所示。 ，析了伺服环路的模拟控制器电路。利用计算机控制系统相关 技术，将模拟控制器设计为数字控制器。通过Ｍａｔｌａｂ软件 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具包的仿真计算，证明了数字控制器设计的正确 性。根据本文提出的算法，结合计算机语言，可以将伺服环路 中所有模拟环节数字化，以提高天线伺服系统的稳定性和可 靠性。 参考文献： ［１］董景新，赵长德，熊沈蜀，等．控制工程基础【Ｍ】．２版．北京： ￣ｕａｎｔｉｚｅ ｒ１ 清华大学出版社，２００３． 图４分别由模拟控制器和数字控制器构成的天线模型 Ｆｉｇ．４ Ａｎｔｅｎｎａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ 【２］藤井信生．电子实用手４Ｒ［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１． 【３】丁锋，屈明昌．交流伺服系统控制方法［Ｊ】．电子机械工程， ２００３，６（４）：８７—８９． ３．２测试结果 设模拟控制器构成的控制系统为ａ系统．数字控制器构 ＤＩＮＧ Ｆｅｎｇ，ＱＵ Ｍｉｎｇ—ｃｈａｎｇ．Ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＡＣ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，６（４）： ８７－８９． 成的系统为ｂ系统，系统输人均为单位阶跃函数，ｂ系统的输 入函数、量化器、零阶保持器采样时间均设为０．０２ Ｓ。利用双 通道示波器同时观察系统输出，仿真结果如图５，由仿真结果 可以看出，ｂ系统的输出与ａ系统基本一致，数字控制器可以 替代模拟控制器。 【４］管致中，夏恭恪，孟桥．信号与线性系统［Ｍ】．北京：高等教育 出版社．２００５． 【５】蒋大明，戴胜华．自动控制原理【ＭＪ．北京：北方交通大学出 版社．２００３． ４结束语 为了提高卫通天线伺服系统的稳定性和可靠性，本文分 【６】赵长德，郭美凤，董景新，等．控制工程基础实验指导【Ｍ】．北 京：清华大学出版社，２００７． （上接第７ｌ页） 的综合检测，结构简单、可靠性好、人机交互性强。通过采用 上述的减小误差的方法。某火炮故障检测系统的采集精度有 了很大的提高。在炮控装置上的实验测量也表明，该系统具 ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｅｘｐｅ￣ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｓｅ ｒｅａｓｏｎｉｎｇ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｎ Ｌａｕｎｃｈ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００６（２）：５３—５７． ［２】于永，戴佳，刘波．５１单片机Ｃ语言常用模块与综合系统设 计ｆＭ］．北京：电子工业出版社，２００８． 有处理速度快、采集精度高的特点。可较好地满足火炮综合 故障检测的要求。根据在武器应用实践中对检测系统提出的 新要求，进一步的研究设想是采用ＡＲＭ进行开发、显示屏改 用ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ操作系统等．以不断提高系统的性能。 参考文献： ［３】童诗白，华成英．模拟电子技术基础［Ｍ］．北京：高等教育出 版社．１９８０． ［４】阎石．数字电子技术基础【Ｍ】．北京：高等教育出版社，２００６． 【５】金春林，邱慧芳，张皆喜．ＡＶＲ系列单片机Ｃ语言编程与应 用实例［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３． ［６】沙占友，王彦朋，杜之涛．便携式数字万用表原理与维修 【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００９． ［１】胡良明，徐诚，李万平．基于案例推理的自行火炮故障诊 断专家系统［Ｊ１．火炮发射与控制学报，２００６（２）：５３—５７． ＨＵ Ｌｉａｎｇ－ｍｉｎｇ，ＸＵ Ｃｈｅｎｇ，ＬＩ Ｗａｎ—ｐｉｎｇ．Ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ ｇｕｎ －７４－
