文献[26]提出了一种包含三个非线性模块的非线性PID控制器：一个非线性控制器和两个非线性跟踪微分器[27]，本文将用该种非线性PID控制器对火炮高平机系统进行平衡稳定控制。研究发现，这种控制器对系统具有较好的控制效果，但调节时间太长，响应速度慢。因此，本文使用文献[28]提出的前馈非线性PID控制器进行改进，结果显示，这种前馈非线性PID控制器不仅使系统具有很小的超调量，还能使系统的调节时间大大缩短。

1。4 本文主要研究内容

本论文对火炮高低向的平衡稳定控制技术进行仿真分析，设计了火炮高低向电液式随动系统，系统采用前馈非线性PID控制器进行控制，执行机构为具有高低机和平衡机功能的高平机。本文主要进行如下几个方面的工作：

（1）介绍了火炮高低机、平衡机、高平机的概念、基本原理、分类；分析了火炮电液式高低向随动系统，介绍了系统的组成原理和特点；进行合理的简化，建立元器件的简化数学模型，选择元器件的型号。

（2）基于现代控制理论，建立了随动系统非线性PID控制模型。

（3）建立MATLAB/Simulink和AMESim联合仿真的关系，用AMESim搭建系统的液压部分模型，用Simulink搭建系统的控制部分模型，将AMESim模型导入Simulink中对系统进行仿真分析。

（4）联合仿真分析了平衡炮静止状态、不平衡力矩干扰下非平衡炮静止状态、不平衡力矩+平衡腔作用的非平衡炮静止状态、平衡炮行驶状态、不平衡力矩干扰下非平衡炮行驶状态、不平衡力矩+平衡腔作用的非平衡炮行驶状态这6种状态下火炮的跟踪效果。

2 平衡机与高低机

2。1 平衡机

2。1。1 平衡原理

    一般有如下两种方式来平衡不平衡力矩：

（1）配置平衡。在炮尾或摇架上加上一定重量的配重，使起落部分的重心位于耳轴。配重平衡，结构简单；车体运动的振动对这种平衡产生的影响较小；但是增加了起落部分的无效质量。

（2）外力平衡，即平衡机平衡。就是用平衡装置所产生的外力来实现平衡。平衡机质量相比配重小，但是增加了一个部件，降低了系统的可靠性。

平衡机设计做了如下假设：论文网

（1）起落部分为绕耳轴中心回转的刚性梁；

（2）起落部分质心所处的直线一直通过耳轴中心，并且平行于炮膛轴线或者发射装置定向器的轴线；

（3）起落部分质心与耳轴中心距离不变且起落质量不变。

根据以上假设，得平衡力矩间的关系（图2-1）：

2-1平衡原理简图

    起落部分重力矩: 

    平衡机平衡力矩： 

式中， 为作用在起落部分的重力； 为俯仰部分的质心到耳轴中心的距离； 为仰角； 为平衡机力； 为平衡力的作用点到耳轴中心的距离； 为平衡机力的作用方向与过耳轴中心并且平行于炮膛轴线的直线的夹角。                         

由上可知，起落部分重力矩 是随仰角 的余弦函数值而变化的；平衡机平衡力矩 则与夹角 的正弦函数以及平衡机力、与平衡机的结构和安装位置有关。起落部分产生的重力矩与平衡机提供的平衡力矩之差的绝对值 即为不平衡力矩[29]。

2。1。2 平衡机

平衡机是用来平衡火炮俯仰部分产生的重力矩的一种装置。 

按照平衡机的施力性质不同可以分为拉式平衡机(见图2-2)和推式平衡机(见图2-3)。

         图2-2拉式平衡机原理图                   图2-3推式平衡机原理图