论文以轻型武器站为研究对象,以提高武器站作战效能为目标,针对行进机动过程的路面随机干扰、跟踪瞄准过程的机械力学量变化和连续射击过程的发射载荷扰动等动力学特性影响,采用理论、仿真和试验相结合的研究方法,开展稳定搜索控制、位置跟踪控制和发射响应控制的理论与方法研究,具有重要的理论意义和实用价值。学位论文主要开展以下几个方面的研究工作:(1)利用多柔体系统动力学理论,建立轻型武器站动力学模型;根据电机原理与控制理论,推导武器站电气部分的数学方程,采用PID与前馈复合控制方法,建立电气控制部分的数值仿真模型;在电气控制部分数值仿真模型中嵌入多柔体系统动力学模型,建立起轻型武器站动力学与伺服控制耦合分析模型。(2)围绕轻型武器站作战使用的行进机动、跟踪瞄准和连续射击等过程,针对各过程分别具有的路面随机干扰、机械力学量变化和发射载荷扰动等动力学特性影响,开展轻型武器站动力学与跟踪控制的联合仿真,揭示了武器站负载和惯量等动力学特性变化对跟踪精度的影响、对电机输出力矩的需求和不平衡力矩的伴随规律;完成了轻型武器站发射动力学与响应控制的联合仿真,联合仿真与射击试验的结果对比表明,枪口加速度和身管位移的相对误差均小于10%,验证了发射动力学与响应控制联合仿真方法的正确性。(3)搭建DSP位置控制器,完成高性能D/A转化模块、RDC模块、DSP最小系统控制模块和旋变励磁电路模块等电路设计,构建轻型武器站试验样机,为稳定搜索控制、位置跟踪控制和发射响应控制的试验研究工作奠定基础。(4)针对稳定搜索控制的路面随机干扰,提出了通过试验确定控制参数的PID与前馈复合控制方法,完成各系数对控制效果影响的试验研究,确定PID与前馈复合控制的具体模型;针对本轻型武器站,选定比例系数Kp取值2.5左右,积分系数Ki取值0.2左右,一阶前馈系数Kf,取值4.0左右,二阶前馈系数Kf2取值16.0左右;为验证所选定的PID与前馈复合控制参数组合的正确性,开展轻型武器站路面行驶稳定搜索控制试验,通过直角转弯和转S弯工况下MIMU/GPS组合导航系统的测量,表明方位轴和俯仰轴稳定搜索误差均小于0.09°,验证了通过试验确定控制参数的PID与前馈复合控制方法具有较高的稳定搜索控制精度。(5)针对位置跟踪控制的机械力学量变化,将反推控制算法与滑模控制算法的优点相结合,提出了基于不确定性上界估计的反推滑模位置控制方法。利用自由度因子调整控制参数,减小参数摄动与外部干扰的影响,设计自适应律在线估计系统不确定性上界,完成反推滑模控制器设计和稳定性证明;进行了常值负载干扰和时变负载干扰仿真分析,开展了阶跃、等速和正弦跟踪工况的试验验证。仿真和试验结果表明,所设计的控制器可以有效提高武器站位置伺服系统对参数摄动和外部扰动的鲁棒性,并实现目标轨迹的全局渐进稳定跟踪。(6)针对发射响应控制的冲击载荷扰动,提出了基于扩张状态观测器的抗干扰控制策略,实现未知干扰信号的实时在线估计算法,仿真结果表明,所设计的扩张状态观测器能够很好地估计冲击载荷干扰值;提出了通过比例微分反馈控制器实现抗干扰设计,采用微分跟踪器避免噪声干扰对信号质量的影响,仿真结果表明,指令信号和跟踪信号曲线近乎重合,干扰载荷处的误差在10-2量级以内,验证了所设计抗干扰控制器的正确性和可用性;采用武器站发射响应控制策略,开展实弹射击试验验证,试验结果表明,与非受控状态相比,受控状态下弹着点散布降低了 36.8%,表明轻型武器站所采用的发射响应控制方法具有较好的抗瞬态强冲击扰动能力。(7)综合考虑轻型武器站稳定搜索、位置跟踪和响应补偿等控制要求,重点针对武器站路面随机干扰、负载与惯量大范围波动、粘性摩擦摄动、发射载荷冲击扰动和方位与俯仰框架间耦合干扰等影响因素,充分借鉴本文针对性单项研究的成果和经验,开展自适应鲁棒综合控制策略研究。提出了采用不连续映射方法使参数自适应过程受控,估计参数不超过预先给定范围;通过鲁棒控制器设计克服由不确定参数和位置非线性引起的模型不确定性,并确保不影响后续自适应律设计;采用输出微分观测器来估计跟踪角速度和角加速度值,避免微分运算造成的噪声放大。仿真计算表明,含微分观测器的自适应鲁棒控制策略具有很好的鲁棒性和很高的控制精度。