導彈電液伺服機構仿真裝置研制

摘要：在簡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，軟件設計思路和實現。最后通過試驗表明該裝置性能穩定可靠，實用性強，不受通電時間限制，提高了導彈電液伺服機構的教學和訓練效果。

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，且在測試過程中有嚴格的通電時間限制。目前，基層部隊訓練和軍事院校教學中，由于受通電時間所限，電液伺服機構只能依靠文字、圖片、工作流程的動畫演示。短期崗位任職技能操作訓練，也無法滿足“實物實訓”的教學訓練需求，裝備操作號手無法直觀體驗電液伺服機構內部部件的連接方式和工作過程，不利操作號手對裝備本身和原理的深化認知，成為院校理論教學與部隊操作訓練的瓶頸。

1 電液伺服機構原理簡介

　　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為成比例的電流，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作和實現能量轉化的元件。

　　其中作動筒輸入的是液壓油，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，在保證與實裝工作過程一致的基礎上，結合該導彈電液伺服機構及其測試的特點和工作原理，利用較為成熟自動控制技術和智能檢測技術，采用先進的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，對控制回路的工作起保證作用，其主要元件包括直流電動機、柱塞泵、蓄能器、油箱、溢流活門、防污染元件、過載保護元件和操作元件等。控制回路是伺服控制系統的核心，是伺服控制系統實現控制的關鍵，主要由伺服放大器、電液伺服閥、作動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作，并通過反饋回路，對能源回路的動作加以檢測，從而判斷整個系統是否已完成了預期的任務。

　　由于電氣器件的多方面的適應性，因而用它們來進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，這種轉接是由一個電液伺服閥來完成的，伺服閥將小功率的電信號轉變為閥的運動，然后閥的運動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，配合各類接口擴展板，實現各類信號的采集與控制。系統仿真控制采取成熟工業控制技術，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、電機控制、總線控制等接口板，根據設備需要獨立設計制作，驅動板主要滿足部分電路和器件的功率要求。由于采用計算機進行仿真控制，外圍接口模塊主要完成時序控制、開關量控制、信號采集、電平轉換等，總線結構如圖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，再現某導彈電液伺服機構單元測試準備流程中的要點環節;通過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，模擬器根據指令類型及測試進程，仿真各種現象，并在面板上顯示各種狀態信息。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來的各種操作信息，并進行分類處理，一方面將操作信息發送到外圍設備處理模塊，使各分電路工作協調一致，實現信息同步交流與共享;另一方面將處理信息上傳到教學系統終端，進行多媒體教學互動和訓練監控與管理，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，又通過總線結構，與通用計算機的進行信息交換，保證系統的同步協調。

　　導彈電液伺服機構原理仿真裝置通過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，利用串口通信協議，接收操作控制面板實時發送的模擬操作硬件接口信息，啟動相應的測試原理動態顯示模塊，實現測試原理的實時動態教學。可直觀、形象的展示電液伺服機構各部件結構、連接關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。