某型艦炮隨動系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因及超差的對策*

曾啟洪

(92823部隊(duì)四中隊(duì) 三亞 572021)

1 引言

隨動系統(tǒng)誤差超差是系統(tǒng)控制中出現(xiàn)的一種故障現(xiàn)象,它影響系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性,影響艦炮的日常使用和射擊效果。了解隨動系統(tǒng)誤差超差的原因,對解決系統(tǒng)超差問題會有較大的幫助。隨動系統(tǒng)誤差超差是我們在修理中經(jīng)常遇到的故障,它與系統(tǒng)控制的各元部件關(guān)系密切,要解決系統(tǒng)誤差超差問題關(guān)系復(fù)雜。為了完成修理任務(wù),快速排除故障,本文針對某型艦炮隨動系統(tǒng)誤差超差提出了解決的基本思路。

2 某型艦炮隨動系統(tǒng)控制原理

某型艦炮隨動系統(tǒng)是二階無差度的復(fù)合控制系統(tǒng),系統(tǒng)原理方框圖如圖1所示。即當(dāng)失調(diào)角大于100密位時為一階無差度,在失調(diào)角較小時(≤100密位時)由于加入了調(diào)轉(zhuǎn)變階線路轉(zhuǎn)換為二階無差度,因此保證了大失調(diào)角時快速協(xié)調(diào)和小失調(diào)角時的精確度[4],其輸入信號有主控信號(失調(diào)角)和前饋控制信號,反饋信號有執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和擴(kuò)大電機(jī)的電壓負(fù)反饋(電流截止負(fù)反饋),即從擴(kuò)大電機(jī)補(bǔ)償繞組端取出電流信號,以負(fù)反饋的形式加在電壓調(diào)節(jié)器輸入端限制主回路電流[2]。假設(shè)失調(diào)角為θ,指揮儀測速機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為n1,執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n2,執(zhí)行電機(jī)電樞電流為Id,自整角機(jī)、信號選擇電路、交流放大、相敏整流均對主令信號進(jìn)行放大,那么放大器輸出信號電壓U0可用以下公式來表示[1]:

其中K1～K6均為系數(shù),可以看出輸出信號電壓U0與失調(diào)角θ,指揮儀自整角機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速n1和執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)速n2,執(zhí)行電機(jī)電樞電流Id有關(guān),也就是說系統(tǒng)的控制精度與它們有關(guān)。

3 產(chǎn)生誤差的原因

隨動系統(tǒng)跟蹤瞄準(zhǔn)是由失調(diào)角來控制,是通過減小失調(diào)角達(dá)到協(xié)調(diào)的目的。因此沒有誤差的隨動系統(tǒng)是不存在的,只不過誤差要控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)[3]。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)動的穩(wěn)定狀態(tài),我們可把它分為靜止、勻速、正弦及射擊瞬間四種狀態(tài),下面就以艦炮在這四種狀態(tài)運(yùn)動時的誤差進(jìn)行討論。

1)靜態(tài)誤差,是指艦炮從一個穩(wěn)定狀態(tài)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)停止下來,最后所保留的誤差角度;即發(fā)送信號的同步機(jī)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)過一個固定的角度后,艦炮在系統(tǒng)的帶動下轉(zhuǎn)到最后停止下來所保留的誤差[1]。因此,靜態(tài)誤差與自整角機(jī)本身的固定誤差,受信儀的零位誤差,分劃盤刻度與安裝的誤差,晶體管放大器的不平衡輸出及執(zhí)行電機(jī)的靜阻力矩等因素有關(guān)。同時,如果同步發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間的三相繞組連接斷開或絕緣不良,以及同步發(fā)送機(jī)損壞或激磁電壓不正常,那么接收機(jī)也不可能正確指示發(fā)送機(jī)的狀態(tài)。

2)等速誤差,艦炮作等速運(yùn)動跟蹤目標(biāo),在穩(wěn)定跟蹤時所保留的誤差角;即發(fā)送信號的同步機(jī)作等速運(yùn)動,艦炮等速跟蹤目標(biāo),達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后所保留的誤差角度[1],它與執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比,轉(zhuǎn)速愈高,等速誤差愈大。同時等速誤差與執(zhí)行電機(jī)同軸相連的同步測速發(fā)電機(jī)的反饋信號有關(guān),與擴(kuò)大電機(jī)電壓負(fù)反饋有關(guān)。

3)正弦誤差,艦炮作正弦曲線運(yùn)動跟蹤目標(biāo),即發(fā)送信號的自整角機(jī)同步機(jī)轉(zhuǎn)子以一定周期和振幅作正弦曲線運(yùn)動,艦炮以相同的周期和振幅進(jìn)行跟蹤,達(dá)到穩(wěn)定后所保留的誤差角。因此,正弦跟蹤誤差與決定艦炮作正弦曲線運(yùn)動的最大周期和振幅的元部件有關(guān)[5],具體地說,就是指決定運(yùn)動周期的時間常數(shù)的電阻電容有關(guān),與產(chǎn)生前饋信號的發(fā)送測速機(jī)的最大轉(zhuǎn)速有關(guān),與放大器的性能有關(guān),它是檢驗(yàn)系統(tǒng)是否合格的一個重要指標(biāo)。

4)射擊瞬時誤差,指艦炮與指揮儀達(dá)到協(xié)調(diào)后,艦炮射擊瞬間所保留的誤差角度。即雷達(dá)完成目標(biāo)跟蹤后,傳遞跟蹤信號給指揮儀,指揮儀解算出艦炮跟蹤的不穩(wěn)定瞄準(zhǔn)全角,隨動系統(tǒng)帶動艦炮運(yùn)轉(zhuǎn),在艦炮發(fā)射炮彈瞬間系統(tǒng)所保留的誤差角度。因此射擊瞬時誤差與各分系統(tǒng)誤差有關(guān)。

4 解決系統(tǒng)誤差超差的方法

要解決系統(tǒng)出現(xiàn)的各種誤差或使用過程中的系統(tǒng)超差問題,可以根據(jù)以上對各種誤差產(chǎn)生的原因逐一進(jìn)行研究找到解決的辦法(解決系統(tǒng)誤差超差的方框圖如圖2),下面就各種誤差解決方法進(jìn)行具體討論。

1)靜態(tài)超差解決方法。

(1)根據(jù)產(chǎn)生誤差的原因可以得知,靜態(tài)誤差與自整角機(jī)本身的性能有關(guān)。因此,我們可以通過測量自整角機(jī)本身性能來判斷。該受信儀自整角機(jī)型號為28ZKB02-S,粗機(jī)為1級,精機(jī)為0級,其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 受信儀自整角機(jī)技術(shù)參數(shù)表

根據(jù)表中參數(shù),在斷開自整角機(jī)的所有電連接情況下,用數(shù)字萬用表測量自整角機(jī)的三相繞組之間電阻是否平衡和符合阻值,三相繞組之間阻值相差不能大于2Ω。如果不符合阻值或繞組阻值相差大于2Ω,則要更換自整角機(jī);如果符合要求則檢查輸出端直流電阻值是否合乎要求,測量時要轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子軸,阻值要平穩(wěn)。再者,檢查自整角機(jī)本身的絕緣性能是否良好。若以上檢查不符合要求,也要更換自整角機(jī);若符合要求則檢查固定自整角機(jī)的螺絲是否緊固,刻度盤是否松動。如果固定自整角機(jī)的螺絲沒有上緊,自整角機(jī)松動,則恢復(fù)電纜連接,要重新調(diào)整電氣零位并固緊螺絲,再對正刻度盤零位。然后,檢查同步發(fā)送機(jī)與接收機(jī)三相繞組的連接是否正常,絕緣是否良好;發(fā)送機(jī)是否良好,發(fā)送機(jī)激磁電壓是否正常。

(2)在隨動控制柜接通中頻電源的狀態(tài)下進(jìn)行檢查。給發(fā)送自整角機(jī)提供連續(xù)變化的失調(diào)角,檢測受信儀轉(zhuǎn)子輸出是否在0～58V之間連續(xù)地平穩(wěn)變化,如果達(dá)不到要求則要更換自整角機(jī)。當(dāng)艦炮與傳信儀(或指揮儀)協(xié)調(diào)時(即同步狀態(tài))測量受信儀自整角機(jī)的輸出電壓,粗機(jī)應(yīng)不大于150mV,精機(jī)不大于100mV,且受信儀讀數(shù)與傳信儀(或指揮儀)相符。否則需要調(diào)整受信儀自整角機(jī)的位置,使其輸出電壓符合要求,并調(diào)整刻度盤讀數(shù)與傳信儀(或指揮儀)讀數(shù)相同。如果調(diào)整自整角機(jī)達(dá)不到要求,那么要更換自整角機(jī)。

(3)對晶體管放大器要進(jìn)行零位和輸出平衡檢查。檢查放大器輸出是否正負(fù)相等(相差不大于100mV),輸出電壓是否在規(guī)定范圍內(nèi)(約2～3V)。在失調(diào)角為零時,檢測相敏、位置、速度、電壓等放大各環(huán)節(jié)輸出是否能調(diào)整為零(不大于5mV),如果某一環(huán)節(jié)不能調(diào)為零,則要檢查該環(huán)節(jié)的運(yùn)放性能是否良好,如果運(yùn)放損壞則要更換;若運(yùn)放正常,則檢查運(yùn)放的平衡電容、調(diào)零電位器等元件有無損壞或接觸不良。如果各環(huán)節(jié)輸出都能調(diào)為零,則檢查晶體管放大器的功率放大管的工作電壓是否正常,功率放大管有無損壞。如果功率放大管工作電壓不正常,則對工作電壓進(jìn)行調(diào)整或修復(fù);如果功率放大管損壞,則更換功率放大管。

(4)檢查執(zhí)行電機(jī)的靜阻力矩。在艦炮與傳信儀(或指揮儀)協(xié)調(diào)后,失調(diào)角為零,執(zhí)行電機(jī)軸應(yīng)不轉(zhuǎn)動。用手?jǐn)Q執(zhí)行電機(jī)軸應(yīng)不能轉(zhuǎn)動。測量靜態(tài)誤差通常在艦炮與傳信儀(或指揮儀)協(xié)調(diào)后,用數(shù)字萬用表測量受信儀自整角機(jī)轉(zhuǎn)子輸出,受信儀精機(jī)輸出應(yīng)不大于 1.8V,粗機(jī)輸出不大于500mV,即誤差不大于1密位,否則不合格,須對照以上檢查,查出原因,排除故障。

2)動態(tài)誤差解決方法。在靜態(tài)誤差已經(jīng)合格的情況下才能進(jìn)行動態(tài)誤差檢查。

(1)等速誤差超差的解決方法:根據(jù)等速誤差的原因分析,等速誤差與擴(kuò)大機(jī)電壓負(fù)反饋及測速電機(jī)的負(fù)反饋有關(guān);與執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此,測速電機(jī)負(fù)反饋和擴(kuò)大機(jī)的電壓負(fù)反饋是否平穩(wěn)對擴(kuò)大機(jī)的輸出會有影響;執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否平穩(wěn),對艦炮跟蹤也會有影響。發(fā)現(xiàn)靜態(tài)誤差合格而等速誤差不合格時,應(yīng)當(dāng)檢查影響執(zhí)行電機(jī)控制電壓穩(wěn)定和擴(kuò)大機(jī)輸出電壓穩(wěn)定的部位,具體地說就是檢查執(zhí)行電機(jī)和擴(kuò)大電機(jī)轉(zhuǎn)子的整流環(huán)是否清潔光亮及炭刷接觸是否良好。如果整流環(huán)太臟或燒蝕嚴(yán)重,則應(yīng)該用0#砂皮打磨至光亮,用酒精或汽油清潔干凈,并調(diào)整碳刷松緊適度按原樣裝回;再者,檢查擴(kuò)大機(jī)電壓負(fù)反饋線路是否正常,反饋是否合適。若線路絕緣或接觸不良,則要進(jìn)行修復(fù);若反饋不合適則要調(diào)整電壓反饋電位器。測速發(fā)電機(jī)的反饋檢查也是一樣,看測速機(jī)性能是否合格;反饋電壓是否平穩(wěn)、正確;測速電機(jī)轉(zhuǎn)子整流環(huán)是否清潔光亮、碳刷接觸是否良好,反饋線路絕緣和連接是否良好。同時,檢查執(zhí)行電機(jī)和測速機(jī)的激磁電壓是否正常。如果激磁電壓不正常,則要進(jìn)行調(diào)整或修復(fù)。然后檢查艦炮的最大調(diào)轉(zhuǎn)速度是否超速,若超速則需調(diào)整為合格。等速誤差的檢測通常用指揮儀(或正弦機(jī))作勻速運(yùn)動跟蹤目標(biāo)解題帶動隨動系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來檢查,可用示波器監(jiān)視受信儀精、粗自整角機(jī)的轉(zhuǎn)子輸出電壓變化來判斷誤差是否合格。檢查等速誤差時受信儀自整角機(jī)的精機(jī)輸出電壓應(yīng)不大于3.6V,粗機(jī)輸出應(yīng)不大于1V,即誤差不大于2個密位,否則不合格。應(yīng)按上述檢查,查明原因加以排除。

(2)正弦誤差超差的解決方法:正弦跟蹤誤差的檢查必須在等速誤差合格的情況下進(jìn)行。根據(jù)正弦跟蹤誤差的原因分析,正弦跟蹤誤差是隨動系統(tǒng)帶動艦炮作一定的周期和振幅運(yùn)動跟蹤目標(biāo)所產(chǎn)生的誤差。它與放大器響應(yīng)輸入信號的最大幅度和周期的變化性能有關(guān)。因此放大器接受信號的最大周期與幅度必須能與之相匹配,放大器的跟蹤信號變化必須能響應(yīng)輸入失調(diào)角的變化。放大器接收前饋信號輸入電路中的電阻電容應(yīng)當(dāng)匹配。可以通過調(diào)整放大器接收前饋信號輸入電路中的電阻或電容參數(shù)來使系統(tǒng)得到全補(bǔ)償,以提高系統(tǒng)的跟蹤精度。如果調(diào)整前饋電路中的電阻電容不能使正弦誤差合格,則要更換放大板或放大器。通常用示波器監(jiān)視受信儀的粗、精自整角機(jī)的信號輸出來檢查正弦誤差電壓,精機(jī)最大輸出不大于7.2V,粗機(jī)不大于1V為合格,即正弦誤差不大于4個密位,否則不合格,應(yīng)按上述檢查,查出原因加以解決。

(3)發(fā)射瞬間誤差超差的解決方法:在靜態(tài)誤差、等速誤差、正弦誤差均合格的條件下,我們通常用射擊考核的方法來檢查射擊瞬時誤差。射擊瞬時誤差的檢測方法與等速誤差、正弦誤差的檢測方法相同,射擊瞬時誤差最大不能超過10個密位。射擊瞬時誤差與雷達(dá)誤差、指揮儀誤差,艦炮隨動系統(tǒng)誤差有關(guān)。通常我們利用瞄星來校對雷達(dá)與艦炮之間的一致性,通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)來校正雷達(dá)、指揮儀、艦炮之間的誤差,使整個系統(tǒng)的誤差最小。

[1]焦自平.1976年式雙37毫米艦炮(電氣部分)[M].北京:海軍裝備修理部出版發(fā)行,1990

[2]焦自平,惠寶聚,石軍,等.H/PJ76A雙37毫米艦炮(電氣部分)[M].北京:海軍裝備部艦船技術(shù)保障部出版發(fā)行,1999

[3]馬宏,王金波.誤差理論與儀器精度[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2007

[4]孫前來.模糊積分控制在位置隨動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào),2009,30(3):203～207

[5]韓有和,吳飛雪,赫赤,等.正弦機(jī)與方位系統(tǒng)特性匹配的探討[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào),2001(1):11～14