某發(fā)射裝置應(yīng)急控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王天輝，付京來

(中國(guó)人民解放軍 91851部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

發(fā)射裝置是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分，能夠?yàn)閷?dǎo)彈的發(fā)射提供初始指向[1-2]。某發(fā)射裝置可根據(jù)射擊需要，調(diào)轉(zhuǎn)到指定發(fā)射方向和發(fā)射角度，為某型靶彈發(fā)射提供穩(wěn)定的初始姿態(tài)[3-4]。但由于裝備服役年限、使用頻率、人員素質(zhì)、使用環(huán)境等因素影響，其控制系統(tǒng)可靠性降低，電動(dòng)控制存在偶發(fā)故障，為提高發(fā)射裝置的可靠性，提升裝備保障效率，以現(xiàn)有裝備，減少裝備改動(dòng)，保留原有功能的原則，設(shè)計(jì)一種應(yīng)急控制方案，從而大大提高裝備的可靠性和使用效能。

1 系統(tǒng)組成及應(yīng)急控制分析

1.1 系統(tǒng)組成

發(fā)射裝置具有俯仰和方位兩個(gè)自由度，包括：起落臂、轉(zhuǎn)臺(tái)、俯仰推桿系統(tǒng)、方位推桿系統(tǒng)控制系統(tǒng)、手持盒、鎖止裝置、基座等。起落臂主要用于支撐和固定發(fā)射箱；轉(zhuǎn)臺(tái)安裝于發(fā)射裝置基座與起落臂之間，是實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置起落臂的俯仰和方位控制的機(jī)械部件；俯仰推桿系統(tǒng)主要由俯仰電動(dòng)缸、驅(qū)動(dòng)器和俯仰支架構(gòu)成，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射裝置完成俯仰動(dòng)作；方位推桿系統(tǒng)主要由方位電動(dòng)缸、驅(qū)動(dòng)器和方位支架構(gòu)成，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射裝置完成方位動(dòng)作；控制系統(tǒng)由主控制箱和配套電纜組成，可按手持盒或發(fā)控設(shè)備傳輸過來的指令對(duì)俯仰機(jī)構(gòu)和方位機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確控制[5-7]；手持盒是人機(jī)交互工具，實(shí)現(xiàn)角度的輸入和發(fā)射裝置狀態(tài)監(jiān)視；鎖止裝置主要用于發(fā)射裝置運(yùn)動(dòng)到位后的鎖定；基座為控制系統(tǒng)、方位電動(dòng)缸、驅(qū)動(dòng)器提供安裝空間，并起落臂離地高度。

1.2 應(yīng)急控制分析

發(fā)射裝置工作原理如圖1所示。由圖可以看出，發(fā)射裝置要正常調(diào)轉(zhuǎn)，至少需要供配電系統(tǒng)、手持盒、控制系統(tǒng)、俯仰/方位推桿系統(tǒng)、俯仰/方位角度傳感器、方位鎖緊裝置等工作正常。

圖1 發(fā)射裝置工作原理圖

俯仰/方位推桿系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)缸構(gòu)成，該產(chǎn)品為成熟通用產(chǎn)品，可靠性好[8-9]。因此，針對(duì)原控制系統(tǒng)可靠性不高的現(xiàn)象，利用原俯仰/方位推桿系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一種應(yīng)急控制方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置調(diào)轉(zhuǎn)，調(diào)轉(zhuǎn)到位后對(duì)發(fā)射裝置進(jìn)行手動(dòng)鎖定。應(yīng)急控制實(shí)現(xiàn)原理圖如圖2所示，驅(qū)動(dòng)器可控制電動(dòng)缸運(yùn)行速度，可對(duì)速度進(jìn)行時(shí)間積分，可求得電動(dòng)缸運(yùn)行距離。

圖2 發(fā)射裝置應(yīng)急控制實(shí)現(xiàn)框圖

發(fā)射裝置根據(jù)射擊要求，對(duì)發(fā)射裝置進(jìn)行一定角度的俯仰和方位調(diào)轉(zhuǎn)，而電動(dòng)缸僅能實(shí)現(xiàn)伸長(zhǎng)和收縮運(yùn)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置的角度控制，就需要建立發(fā)射裝置俯仰和方位的數(shù)學(xué)模型，將需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息轉(zhuǎn)換為電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)距離。

2 數(shù)學(xué)模型分析

2.1 俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

本發(fā)射裝置要求俯仰運(yùn)動(dòng)范圍為0o～60o，俯仰0°和60°為發(fā)射裝置俯仰運(yùn)動(dòng)極限位置。發(fā)射裝置俯仰驅(qū)動(dòng)的極限位置如圖3所示，轉(zhuǎn)臺(tái)上的起落臂支耳與電動(dòng)推桿下支耳水平距離740 mm，豎直距離600 mm，電動(dòng)推桿上支耳距離轉(zhuǎn)臺(tái)起落臂支耳距離2 565 mm。當(dāng)起落臂位于水平狀態(tài)(俯仰角度為0°)時(shí)，電動(dòng)推桿長(zhǎng)度1 921.3 mm，傾角為18°；隨著電動(dòng)推桿逐漸伸長(zhǎng)，起落臂俯仰角度逐漸增大，當(dāng)角度達(dá)到60°時(shí)，電動(dòng)推桿長(zhǎng)度2 873.04 mm。

圖3 發(fā)射裝置俯仰驅(qū)動(dòng)極限位置示意圖

根據(jù)發(fā)射裝置俯仰驅(qū)動(dòng)極限位置示意圖建立俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型如圖4所示，A點(diǎn)為電動(dòng)缸推桿的固定支持點(diǎn)，AB為發(fā)射裝置俯仰初始零位的電動(dòng)缸長(zhǎng)度，AC為發(fā)射裝置俯仰γ角度時(shí)電動(dòng)缸的長(zhǎng)度。

圖4 俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

在該數(shù)學(xué)模型中，∠COB的角度設(shè)定為γ，該角度為俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)角度。∠AOB的角度設(shè)定為α，∠COA的角度設(shè)定為β，則有

γ=β-α

(1)

圖中AB的長(zhǎng)度為初始狀態(tài)LAB=1 921.3 mm，設(shè)定電動(dòng)缸伸出S，則電動(dòng)缸伸出后的長(zhǎng)度LAC為

LAC=LAB+S

(2)

由圖4可知，LOA=952.68 mm，LOC=LOB=2 565 mm，在三角形AOB和AOC中有

(3)

(4)

由公式(1)、公式(3)和公式(4)可得

(5)

由公式(2)和公式(5)，可得

1921.3

(6)

若發(fā)射裝置俯仰角位處于初態(tài)，應(yīng)先用光學(xué)象限儀測(cè)得發(fā)射裝置俯仰初始角度，根據(jù)公式(6)，求得此時(shí)電動(dòng)缸的伸長(zhǎng)量S0，同理可求得目標(biāo)俯仰角下電動(dòng)缸的伸長(zhǎng)量S1，則電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為S1～S0。通過上位機(jī)向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送俯仰速度幀，來控制俯仰電動(dòng)缸俯仰運(yùn)行速度，從而達(dá)到控制俯仰電動(dòng)缸運(yùn)行長(zhǎng)度的目的。

2.2 方位轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

發(fā)射裝置方位范圍為-45°～45°，方位-45°和45°為發(fā)射裝置俯仰運(yùn)動(dòng)極限位置。發(fā)射裝置方位極限位置如圖5所示，方位推桿與基座相連的支耳距轉(zhuǎn)臺(tái)中心水平距離1 250 mm，豎直距離190.8 mm，轉(zhuǎn)臺(tái)方位角度處于零位時(shí)，電動(dòng)推桿長(zhǎng)度1 252.56 mm，當(dāng)電動(dòng)推桿回縮至1 059.08 mm時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)45°。若定義此方向角度為正，則當(dāng)電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)至1 440.93 mm時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)將旋轉(zhuǎn)-45°。

圖5 發(fā)射裝置方位驅(qū)動(dòng)極限位置示意圖

根據(jù)發(fā)射裝置方位驅(qū)動(dòng)極限位置示意圖建立方位轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型如圖6所示。O點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，B點(diǎn)為電動(dòng)缸固定點(diǎn)，AB為發(fā)射裝置方位零位時(shí)電動(dòng)缸長(zhǎng)度，BC為發(fā)射裝置轉(zhuǎn)動(dòng)γ角度時(shí)電動(dòng)缸長(zhǎng)度。

圖6 方位轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

在該數(shù)學(xué)模型中，∠AOC的角度設(shè)定為α，該角度為發(fā)射裝置方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度。∠AOB的角度設(shè)定為β，∠COB的角度設(shè)定為γ，則有

γ=β-α

(7)

發(fā)射裝置方位角度為0°時(shí)，電動(dòng)缸初始長(zhǎng)度LAB=1 252.56 mm，設(shè)定電動(dòng)缸伸出S(向右轉(zhuǎn)動(dòng)為正角度，此時(shí)電動(dòng)缸伸出為負(fù)值)，則電動(dòng)缸伸出后的長(zhǎng)度AC為

LBC=LAB+S

(8)

(9)

在三角形BOC中有

(10)

由公式(7)、公式(9)和公式(10)可得

(11)

由公式(8)和公式(11)，可得

1252.56

(12)

若發(fā)射裝置俯仰角未處于初態(tài)，應(yīng)先用炮瞄鏡測(cè)得發(fā)射裝置方位初始角度，根據(jù)公式(12)，求得此時(shí)電動(dòng)缸的伸出量S1，同理可求得目標(biāo)方位角下電動(dòng)缸的伸長(zhǎng)量S2，則電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為S2～S1。通過上位機(jī)向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送方位速度幀，來控方位電動(dòng)缸運(yùn)行速度，從而達(dá)到控制方位電動(dòng)缸運(yùn)行長(zhǎng)度的目的。

3 基于Qt的軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本應(yīng)急控制軟件采用Qt開發(fā)，Qt是由諾基亞公司開發(fā)的一款強(qiáng)大的跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架開發(fā)平臺(tái)[10-12]。它具備優(yōu)良的跨平臺(tái)特性、組件編程和豐富的控件資源，可以為開發(fā)者提供健全且美觀的用戶界面功能[13-14]。

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，整個(gè)軟件分為模型解算模塊、通信模塊、人機(jī)交互模塊等三部分，采用模塊分割設(shè)計(jì)，進(jìn)行模塊封裝，簡(jiǎn)化各模塊之間的耦合關(guān)系。

人機(jī)交互模塊：提供人機(jī)操作界面，查看電動(dòng)缸實(shí)時(shí)狀態(tài)，輸入發(fā)射裝置的當(dāng)前角度和目標(biāo)角度，并實(shí)時(shí)顯示發(fā)射裝置的運(yùn)動(dòng)角度。

解算模塊：根據(jù)輸入的角度和發(fā)射裝置的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算方位電動(dòng)缸和俯仰電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，并將計(jì)算的結(jié)果傳遞給數(shù)據(jù)通信模塊。

數(shù)據(jù)通信模塊：是完成上位機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的串口通信，按照通信協(xié)議，以1幀/10 ms的速率向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，并以1幀/50 ms的速率接收驅(qū)動(dòng)發(fā)送的電動(dòng)缸狀態(tài)幀。

3.2 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)

軟件界面是人機(jī)交互的主要途徑，要完成軟件的界面設(shè)計(jì)，首先要設(shè)計(jì)軟件界面的基本框架[15-16]。根據(jù)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)界面可分為串口設(shè)置區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)和操作控制區(qū)，圖7為發(fā)射裝置應(yīng)急控制軟件主界面。

圖7 發(fā)射裝置應(yīng)急控制軟件主界面

3.2.1 串口設(shè)置區(qū)

在初始狀態(tài)下，可以通過下拉列表選擇對(duì)應(yīng)的可用串口號(hào)，“打開串口”和“關(guān)閉串口”采用同一個(gè)按鈕，當(dāng)串口打開時(shí)，該按鍵變?yōu)椤瓣P(guān)閉串口”，初始狀態(tài)該按鍵為“打開串口”。

3.2.2 狀態(tài)指示區(qū)

狀態(tài)指示區(qū)分俯仰狀態(tài)指示和方位狀態(tài)指示，在初始狀態(tài)下，方位狀態(tài)和俯仰狀態(tài)指示燈為灰色，對(duì)應(yīng)燈有相應(yīng)的說明。在收到電動(dòng)缸反饋的狀態(tài)后，狀態(tài)指示區(qū)能夠根據(jù)收到數(shù)據(jù)，用紅燈和綠燈來顯示電動(dòng)缸狀態(tài)，同時(shí)在狀態(tài)燈前用文字描述對(duì)應(yīng)電動(dòng)缸狀態(tài)。指示燈采用自定義控件實(shí)現(xiàn)，通過自定義函數(shù)setLedState(quint8 fangx，quint8 ledState)來設(shè)置對(duì)應(yīng)指示燈狀態(tài)。

3.2.3 操作控制區(qū)

操作控制區(qū)包括俯仰控制和方位控制，首先要輸入發(fā)射裝置當(dāng)前的角度，俯仰角度范圍為0°～60°，方位角度范圍為-45°～45°，當(dāng)輸入范圍或者計(jì)算結(jié)果超過電動(dòng)缸的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，會(huì)彈出相應(yīng)的提示框，提示輸入超過范圍。當(dāng)設(shè)置當(dāng)前角度滿足范圍要求時(shí)，對(duì)應(yīng)的表盤及表盤下方顯示數(shù)據(jù)顯示當(dāng)前發(fā)射裝置角度。同理可設(shè)置目標(biāo)角度，即發(fā)射裝置要轉(zhuǎn)動(dòng)到的角度。

當(dāng)完成“設(shè)置當(dāng)前角度”和“設(shè)置目標(biāo)角度”后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，若此時(shí)串口未打開，會(huì)彈出提示框提示“打開串口”。若此時(shí)串口打開正常，點(diǎn)擊運(yùn)行會(huì)彈出提示：“詢問發(fā)射裝置的鎖定機(jī)構(gòu)是否松開”。防止因鎖定機(jī)構(gòu)未松開，轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射裝置造成發(fā)射裝置損壞。若此時(shí)未松開鎖定機(jī)構(gòu)，則點(diǎn)擊提示框“NO”按鈕，發(fā)射裝置不轉(zhuǎn)動(dòng)，可進(jìn)行鎖定機(jī)構(gòu)松開操作。若此時(shí)已經(jīng)松開鎖定機(jī)構(gòu)，則點(diǎn)擊提示框的“Yes”按鈕，發(fā)射裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)應(yīng)的儀表盤實(shí)時(shí)顯示發(fā)射裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度。儀表盤采用自定義控件實(shí)現(xiàn)，編寫儀表盤類Dashboard，在主類中調(diào)用該類。

當(dāng)在發(fā)射裝置轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)射裝置周邊有異常情況時(shí)，可點(diǎn)擊操作區(qū)的“急停”按鈕，發(fā)射裝置迅速停止。

3.3 解算模塊設(shè)計(jì)

解算模塊主要是根據(jù)輸入角度和目標(biāo)角度，依據(jù)發(fā)射裝置的模型，解算電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)距離。解算模塊封裝為double moveSlove(double angle，bool ch)函數(shù)，參數(shù)angle為發(fā)射裝置角度，ch對(duì)應(yīng)發(fā)射裝置的通道，1表示俯仰通道，0表示方位通道，返回值為發(fā)射裝置角度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)缸伸長(zhǎng)距離。下面以俯仰角度為例進(jìn)行闡述。

假設(shè)當(dāng)前俯仰角度為20°，目標(biāo)角度為60°，按鍵“設(shè)置目標(biāo)角度”對(duì)應(yīng)的槽函數(shù)為void on_Btn_AimAngle_fy_clicked()，在槽函數(shù)中調(diào)用解算模型函數(shù)moveSlove，可求得20°和60°對(duì)應(yīng)的電動(dòng)缸長(zhǎng)度，兩者相減即可求得電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)距離，當(dāng)結(jié)果為負(fù)數(shù)時(shí)，表示電動(dòng)缸為收縮運(yùn)動(dòng)，若求解結(jié)果超過電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)范圍，軟件彈出提示框提示。解算模塊設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示。

圖8 解算模塊流程圖

3.4 通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊主要是完成上位機(jī)和電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)器的串口通信，可分為串口設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)接收解析模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

串口設(shè)置模塊完成串口的波特率、校驗(yàn)方式、停止位、流控設(shè)置、數(shù)據(jù)接收定時(shí)器開啟、數(shù)據(jù)發(fā)送定時(shí)器開啟等功能，其設(shè)計(jì)流程圖如圖9所示[17-18]。

圖9 串口設(shè)置模塊流程圖

數(shù)據(jù)接收解析模塊主要是完成串口數(shù)據(jù)的接收解析，并將解析結(jié)果以指示燈的模式顯示至軟件界面，數(shù)據(jù)接收模塊的頻率為1幀/50 ms。因此，在串口打開時(shí)，開啟定時(shí)器timer1，定時(shí)器的周期設(shè)置為50 ms，當(dāng)定時(shí)周期到，自動(dòng)觸發(fā)槽函數(shù)void timer_50ms_out()函數(shù)，在該函數(shù)完成數(shù)據(jù)處理和顯示。接收數(shù)據(jù)每幀為8個(gè)字節(jié)，幀頭為0XEB90。幀類型0X1F代表俯仰狀態(tài)，0X1E代表方位狀態(tài)，每一幀采用CRC16校驗(yàn)，其流程圖如圖10所示。

圖10 數(shù)據(jù)接收模塊流程圖

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主要完成上位機(jī)向電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，控制電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)，指令周期為1幀/10 ms。在點(diǎn)擊界面上“運(yùn)行”按鈕時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器timer2，定時(shí)周期為10 ms，該定時(shí)器為電動(dòng)缸指令發(fā)送周期。同時(shí)開啟控制周期定時(shí)器timer3，定時(shí)周期為500 ms，該定時(shí)器為運(yùn)動(dòng)控制周期。按照先發(fā)解鎖幀、再發(fā)送啟動(dòng)幀的順序發(fā)送解鎖和啟動(dòng)指令，每個(gè)指令發(fā)送5次，其主流程圖如圖11所示。

圖11 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主流程圖

在運(yùn)動(dòng)控制周期內(nèi)，當(dāng)解鎖和啟動(dòng)指令發(fā)送完畢后，先判斷電動(dòng)缸剩余運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度是否大于12 mm。若大于，則判斷電動(dòng)缸目前運(yùn)行速度是否大于額定轉(zhuǎn)速，若小于，則在該運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)速度增加1，否則按額定速度運(yùn)行。若電動(dòng)缸剩余運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度小于等于12 mm，則判斷剩余運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度是否大于1 mm，若大于則判斷運(yùn)行速度是否大于1，若大于1，則在該控制周期內(nèi)速度減少1，否則按照速度為1運(yùn)行，直至剩余運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度小于1 mm。按照速度緩慢增加或減小的控制目的是為了保障電動(dòng)缸運(yùn)行的平穩(wěn)性，防止出現(xiàn)超調(diào)。其周期內(nèi)速度控制流程圖如圖12所示。為保障電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)器能夠可靠收到指令，每個(gè)指令幀在一個(gè)控制周期發(fā)送5次，俯仰和方位控制流程一致。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證與可靠性分析

4.1 試驗(yàn)驗(yàn)證

1)俯仰角度驗(yàn)證

將發(fā)射裝置運(yùn)輸至發(fā)射陣地，利用起落臂上的基準(zhǔn)面測(cè)量發(fā)射裝置的俯仰和滾轉(zhuǎn)角度，調(diào)整發(fā)射裝置底部墊板使二者均為0o，隨后用地腳螺栓將發(fā)射裝置固定。將發(fā)射裝置俯仰調(diào)轉(zhuǎn)至一定角度，利用精度為1′的光學(xué)象限儀在發(fā)射裝置基準(zhǔn)平面上進(jìn)行俯仰角度測(cè)量，測(cè)得角度即為發(fā)射裝置實(shí)際俯仰角度。

將發(fā)射裝置依次從0°轉(zhuǎn)至5°，然后發(fā)射裝置轉(zhuǎn)回0°，然后再?gòu)?°轉(zhuǎn)至10°。按照此方法，利用應(yīng)急控制軟件，依次將發(fā)射裝置俯仰角度調(diào)轉(zhuǎn)至10°、20°、30°、40°、50°、60°。調(diào)轉(zhuǎn)到位后用光學(xué)象限儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見表1所示。

表1 發(fā)射裝置俯仰角度測(cè)量結(jié)果

2)方位角度驗(yàn)證

將MG150A單筒瞄準(zhǔn)鏡安裝在起落臂支耳轉(zhuǎn)軸上，使瞄準(zhǔn)鏡上的滾轉(zhuǎn)水泡均位于中位；調(diào)整瞄準(zhǔn)鏡的方位角，使其能夠瞄準(zhǔn)1 000米外的鐵塔(真北方向基準(zhǔn))塔尖，記錄瞄準(zhǔn)鏡讀數(shù)β0。調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)射裝置的方位偏轉(zhuǎn)角一定角度，然后手動(dòng)調(diào)整瞄準(zhǔn)鏡，使其仍能夠瞄準(zhǔn)1 000米外的鐵塔塔尖，記錄此時(shí)瞄準(zhǔn)鏡讀數(shù)β。β-β0位置則為發(fā)射裝置實(shí)際轉(zhuǎn)過角度。

先用校瞄鏡對(duì)遠(yuǎn)處標(biāo)桿，測(cè)量發(fā)射裝置方位0°對(duì)應(yīng)的校瞄鏡讀數(shù)，然后向右調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)射裝置至10°，讀出此時(shí)校瞄鏡讀數(shù)，兩次校瞄鏡讀數(shù)之差就是發(fā)射裝置實(shí)際調(diào)轉(zhuǎn)角度。依照此方法依次將發(fā)射裝置分別向左和向右調(diào)轉(zhuǎn)10°、20°、30°、40°、45°，測(cè)量結(jié)果見表2和表3所示。

表2 發(fā)射裝置俯仰角度測(cè)量結(jié)果(向右)

表3 發(fā)射裝置俯仰角度測(cè)量結(jié)果(向左)

由表1～3中理論值和測(cè)量值的對(duì)比可以看出，采用應(yīng)急控制方式，發(fā)射裝置俯仰和方位的角度控制精度均不大于10′，滿足發(fā)射裝置設(shè)計(jì)精度：方位不大于10′，俯仰精度不大于20′的要求。

4.2 可靠性分析

根據(jù)原發(fā)射裝置的工作原理，俯仰可靠性模型如圖13所示。

圖13 原發(fā)射裝置可靠性模型

從可靠性模型可以看出，發(fā)射裝置是一個(gè)可靠性串聯(lián)系統(tǒng)，即任意功能單元失效都將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作失效，通常對(duì)發(fā)射裝置中電氣產(chǎn)品均假定壽命分布近似為指數(shù)型，則發(fā)射裝置的可靠性數(shù)學(xué)模型可用下式表示[19-20]：

(13)

式中，n為發(fā)射裝置可靠性框圖中組成單元的個(gè)數(shù)；Ri(t)為發(fā)射裝置可靠性框圖中各組成單元的可靠度；λS為發(fā)射裝置的故障率；λi為發(fā)射裝置各組成單元的故障率。

則，發(fā)射裝置的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)為：

(14)

結(jié)合各部件組成，由以上公式推導(dǎo)可算出原發(fā)射裝置的控制可靠性如表4所示，其中發(fā)射裝置總的平均故障間隔時(shí)間是可由公式(14)求得。

在應(yīng)急控制工作方式下，其只需上位機(jī)(工控機(jī))、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)缸正常工作即可，其可靠性模型認(rèn)為是上位機(jī)(工控機(jī))、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)缸3個(gè)部件的串聯(lián)，其應(yīng)急控制工作方式下可靠性計(jì)算表如表5所示。

由表4和表5對(duì)比可以看出，采用應(yīng)急控制方式，發(fā)射裝置應(yīng)急工作方式下的可靠性得到較大提升。

表4 發(fā)射裝置可靠性計(jì)算表

表5 應(yīng)急工作方式下發(fā)射裝置可靠性計(jì)算表

5 結(jié)束語

本文針對(duì)某發(fā)射裝置控制系統(tǒng)可靠性降低，遠(yuǎn)程電動(dòng)控制模塊出現(xiàn)偶發(fā)故障的情況，基于原有電動(dòng)缸和驅(qū)動(dòng)器，減少設(shè)備的改動(dòng)，設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)配置下的應(yīng)急控制方案。在原發(fā)射裝置設(shè)備的基礎(chǔ)上，分析其各部分的組成，基于減少對(duì)現(xiàn)有裝備的改動(dòng)原則，設(shè)計(jì)了應(yīng)急控制軟件。通過上位機(jī)控制軟件對(duì)發(fā)射裝置的俯仰和方位角度進(jìn)行控制。經(jīng)與系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，軟件界面交互性好，運(yùn)行穩(wěn)定，充分驗(yàn)證了應(yīng)急控制方案的可行性和有效性。后經(jīng)外場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該應(yīng)急控制方案亦能滿足多任務(wù)工況的指標(biāo)要求。通過對(duì)比發(fā)射裝置應(yīng)急控制改進(jìn)前后可靠性指標(biāo)MTBF，結(jié)果表明發(fā)射裝置可靠性得到大幅提升。本文研究的發(fā)射裝置應(yīng)急控制方法對(duì)其它地面支持系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。