导弹电液伺服机构仿真装置研制

摘要：在简单介绍某导弹电液伺服机构的基础上，详细阐述了基于ARM的仿真装置硬件功能模块设计制作，软件设计思路和实现。最后通过试验表明该装置性能稳定可靠，实用性强，不受通电时间限制，提高了导弹电液伺服机构的教学和训练效果。

本文引用地址：引言

电液伺服机构作为导弹控制系统的执行机构，广泛用于各种型号的弹道式导弹上，它的响应速度和精度直接影响导弹的命中精度。对于电液伺服机构这样一个结构复杂、要求精密的武器装备，需要电路、液路和气路多方面的知识，且在测试过程中有严格的通电时间限制。目前，基层部队训练和军事院校教学中，由于受通电时间所限，电液伺服机构只能依靠文字、图片、工作流程的动画演示。短期岗位任职技能操作训练，也无法满足“实物实训”的教学训练需求，装备操作号手无法直观体验电液伺服机构内部部件的连接方式和工作过程，不利操作号手对装备本身和原理的深化认知，成为院校理论教学与部队操作训练的瓶颈。

1 电液伺服机构原理简介

某导弹电液伺服机构组成结构框图如图1所示。它由伺服放大器、转换放大器(电液伺服阀)、液压执行元件、反馈测量元件和液压源等组成。

伺服放大器：是将指令电压和反馈电压信号比较后转变为成比例的电流，控制电液伺服阀工作，达到精确控制的目的;

电液伺服阀：是转换和放大元件，它将伺服放大器放大后的电信号转换为液压信号(流量、压力)输出并加以功率放大;

液压执行元件：是系统在工作中能动作和实现能量转化的元件。

其中作动筒输入的是液压油，输出的是位移和力矩;反馈测量元件：是测量系统的输出量，并转化成反馈信号加入到系统的输入端，与指令信号进行比较输出，形成反馈作用，保证系统稳定性、可靠性、精确性。

2 硬件设计与实现

根据某导弹电液伺服机构原理仿真装置的总体功能要求，在保证与实装工作过程一致的基础上，结合该导弹电液伺服机构及其测试的特点和工作原理，利用较为成熟自动控制技术和智能检测技术，采用先进的ARM嵌入式计算机系统，如图2所示。

由图2可以看出，导弹电液伺服机构仿真系统包含能源回路和控制回路。其中能源回路功用是提供恒定压力、足够流量液压工作介质，对控制回路的工作起保证作用，其主要元件包括直流电动机、柱塞泵、蓄能器、油箱、溢流活门、防污染元件、过载保护元件和操作元件等。控制回路是伺服控制系统的核心，是伺服控制系统实现控制的关键，主要由伺服放大器、电液伺服阀、作动器和反馈电位计组成，其作用是提供控制信号促使能源回路相应地动作，并通过反馈回路，对能源回路的动作加以检测，从而判断整个系统是否已完成了预期的任务。

由于电气器件的多方面的适应性，因而用它们来进行反馈测量以及信号放大和信号操作都很理想，另一方面，液压执行器的输出功率大，结构紧凑，作为动力元件十分合适，在一切电气器件和液压元件的组合中，都需要一个元件作为连接两者的桥梁。在控制系统中，这种转接是由一个电液伺服阀来完成的，伺服阀将小功率的电信号转变为阀的运动，然后阀的运动又去控制流向液压执行器的流量和压力。

控制电路设计采取功能仿真设计，使用嵌入式ARM计算机构成控制系统。硬件部分主要包括：ARM计算机、接口模块、驱动板、各设备电路等部分。采取分布式控制方式，以ARM计算机为核心，配合各类接口扩展板，实现各类信号的采集与控制。系统仿真控制采取成熟工业控制技术，综合各系统功能需求统一设计制作，各子系统功能接口板，如I/O、A/D、数码管驱动、电机控制、总线控制等接口板，根据设备需要独立设计制作，驱动板主要满足部分电路和器件的功率要求。由于采用计算机进行仿真控制，外围接口模块主要完成时序控制、开关量控制、信号采集、电平转换等，总线结构如图3所示。

伺服机构控制电路功能仿真模块主要采用对外接口功能仿真，即利用某导弹电液伺服机构仿真系统可以完成技术阵地电液伺服机构充气压力、油面压力、液压油温度检测等主要任务，再现某导弹电液伺服机构单元测试准备流程中的要点环节;通过某导弹电液伺服机构仿真软件及测试流程，给导弹电液伺服机构仿真装置送入各种测试指令，模拟器根据指令类型及测试进程，仿真各种现象，并在面板上显示各种状态信息。导弹电液伺服机构仿真系统控制面板如图4所示。

嵌入式ARM计算机综合处理由电液伺服机构仿真设备发来的各种操作信息，并进行分类处理，一方面将操作信息发送到外围设备处理模块，使各分电路工作协调一致，实现信息同步交流与共享;另一方面将处理信息上传到教学系统终端，进行多媒体教学互动和训练监控与管理，嵌入式ARM计算机模块与上位机的组合结构图如图5所示。外围模块主要完成各设备或仪器的功能仿真，既能独立工作，又通过总线结构，与通用计算机的进行信息交换，保证系统的同步协调。

导弹电液伺服机构原理仿真装置通过建立具有与模拟操作测试同步刷新功能的电路、液路和气路原理软件演示系统，利用串口通信协议，接收操作控制面板实时发送的模拟操作硬件接口信息，启动相应的测试原理动态显示模块，实现测试原理的实时动态教学。可直观、形象的展示电液伺服机构各部件结构、连接关系及其整体配合工作情况，对操作号手认知装备结构、深化原理掌握，具有较好的支撑和保障作用。

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