基于Qt的单通道滚转控制中周期平均控制力示教系统在教学中的应用实践.pdf
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1、摘 要 针对便携式防空导弹单通道滚转控制中的周期平均控制力这一教学内容,在分析机理的基础上,建立周期平均控制力的数学模型,设计基于 Qt 的周期平均控制力示教系统,通过改变相关参数,能直观演示周期平均控制力的工作原理,软件界面简洁友好,同时为提升装备构造原理类课程授课质量提供有力的支撑。关键词 周期平均控制力;示教系统;单通道控制;Qt中图分类号:E251.3 文献标识码:B文章编号:1671-489X(2023)11-0056-030 引言便携式防空导弹由于采用单兵肩扛发射方式的缘故,导弹都为筒装导弹形式,导弹通常采用红外被动寻的制导、单通道滚转控制、鸭式气动布局和破片杀伤战斗部。其中单通道
2、滚转控制是指:通过对指令信号的分析处理,控制舵机带动舵面偏转,产生周期平均控制力,实现对旋转中导弹的单通道控制,控制导弹向目标方向飞行。针对防空装备技术保障(防空导弹)专业学员在第三学年开展的便携式防空导弹作战装备专业背景课程,“单通道滚转控制中周期平均控制力是如何形成的,具体工作原理是怎样的?”是教学进程中的重点内容,同时也是教学难点。1 教学中存在的问题周期平均控制力属于单通道滚转控制教学模块中的重点内容,导弹系统原理、便携式防空导弹作战装备等多门课程均涉及此部分内容,并且在后续装备测试中指令系数测试原理介绍时还涉及这部分内容,要想使学员真正掌握其基本原理、为后续实际装备学习奠定基础,必须
3、做好该模块的教学,但以往的教学实施中还存在一些不足。1.1 教学手段方法不足以往的教学主要以教员结合多媒体课件讲授为主,对于周期平均控制力形成中涉及的复杂公式和波形,教员主要依靠板书、动画等,但以上方法均不够严谨,例如,对于舵机偏转方向的换向次数,DOI:10.3969/j.issn.1671-489X.2023.11.056基于 Qt 的单通道滚转控制中周期平均控制力示教系统在教学中的应用实践王成 孟晨 李青 孔子华 沈俊田陆军工程大学石家庄校区 石家庄 050003以往讲授时只是会提及“控制信号幅值的变化会带来换向时机和次数的变化”,但是具体是如何变化的,缺乏数学推导过程,学员往往“知其然
4、不知其所以然”。1.2 学员参与度不高教学过程中,受课时限制,教员往往需要在两个课时内讲清楚自动驾驶仪和舵机的结构原理和工作原理,缺乏有效的交互手段,最后往往只能将“构造原理+数学方程+工作过程”等“填鸭式”地灌输给学员,由此带来的弊端有两方面:一是由于这部分理论知识讲授太多,比较枯燥,学员理解起来比较困难;二是课前预习、课后习题往往都局限在理论知识学习上,导致学员产生“课上理论学习、课下还是理论学习”的厌烦情绪。1.3 不能激发办学育人活力动力新时代军事教育方针的内涵发展动力是创新驱动,重点是厚植基础、修炼内功、释放潜能、特色发展,传统教学手段、教学方法不利于学员将装备原理、检测和数学模型等
5、知识融会贯通,不利于培养学员动手和创新能力,激发办学育人活力动力。因此,考虑在讲授周期平均控制力的理论基础上,由教员利用 Qt 软件,按照周期平均控制力的数学方程开发周期平均控制力示教系统,并设置仿真作业,使得学员真正理解周期平均控制力产生和工作的原理,并通过应用项目教学模式,将“周期平均控制力示教系统总体设计开发”贯穿整个教学活动,在课程实践教学中培养学员的动手和创新能力。2 周期平均控制力示教系统总体设计2.1 周期平均控制力的数学模型便携式防空导弹通常采用鸭式气动外形,见图1,一对固定翼及一对舵面在前,套装尾翼在后。导弹飞行时绕其纵轴以固定的速率旋转。图 1 导弹气动外形 输给学员,由此
6、带来的弊端有两方面:一是由于这部分理论知识讲授太多,比较枯燥,学员理解起来比较困难;二是课前预习、课后习题往往都局限在理论知识学习上,导致学员产生“课上理论学习、新时代军事教育方针的内涵发展动力是创新驱动,重点是厚植基础、修炼内功、释放潜能、特色发展,传统教学手段、教学方法不利于学员将装备原理、检测和数学模型等知识融会贯通,不利于培养学员动手和创新能力,激发办学育人活力动力。因此,考虑在讲授周期平均控制力的理论基础上,由教员利用 Qt 软件,按照周期平均控制力的数学方程开发周期平均控制力示教系统,并设置仿真作业,使得学员真正理解周期平均控制力产生和工作的原理,并通过应用项目教学模式,将“周期平
7、均控制力示教系统总体设计开发”贯穿整个教学活动,技术在线-56-2023年6月上 第11期(总第557期)舵面转轴与弹体刚性交链,并与弹体一起旋转。控制力是由舵机带动舵面偏转在弹旋过程中产生,其方向与舵面垂直。舵机在自动驾驶仪电路输出的舵控信号的作用下,呈继电式工作状态。即当矩形脉冲形式的舵控信号处于正向时,控制舵机使舵面正向偏转,产生向上的控制力;当舵控信号处于负向时,控制舵机使舵面负向偏转,产生向下的控制力1-2。当导弹在空间旋转位于某一 角时,瞬时控制力 F 的正方向与坐标轴 OY 的夹角亦为,此时 F可分解成两个正交分量,即在 OZ 轴上的投影形成航向(横向)控制力 FZ Fsin、在
8、 OY 轴上的投影形成俯仰(纵向)控制力 FY Fcos,见图 2。由于矩形脉冲舵控信号宽度受导引信号控制,为调宽方波,因而控制力 F 及分量 FY、FZ均呈周期性变化。导弹旋转一周期间,控制力对弹体形成综合作用效果,可称之为周期平均控制力 Fcp,Fcp决定导弹的机动飞行方向。自动驾驶仪作为旋转导弹单通道控制的执行系统,其工作模型见图 3。其中:Udy(t)为导引头输出的指令信号;UXH是线性化振荡信号,用于对控制信号进行调制。Udy(t)可表示为:Udy(t)=Uc cos(ct-c)Uc:导引信号的幅值,与视线角速度成正比。c:目标与弹的方位角。c:弹旋频率。UXH可表示为:UXH(t)
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