某武器系统火炮失控与电磁兼容
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火炮发射与控制
JOURNALOFGUNLAUNCH&CONTRO1. 某武器系统火炮失控与电磁兼容
吴兴波宁书存
(驻成阳地区军事代表室,陕西成阳7】20991)
摘要:强烈的电磁干扰是火炮火控系统产生失控的主要原因之,.形成电磁干扰的3个条件是:有强
烈的干扰源;有敏感的接收单元;存在于扰源到敏感接收单元的耦合通道.解决
是:在武器控制组合内
部的总线加上拉电阻;更换性能兼容且抗干扰能力强的总线芯片}将武器控制组合的电源加装LC以净化电
路;在控制组合和功放之间加装I/0口滤波板.经过试验验证,该方案极大地提高了火炮火控系统的可靠性,
使系统安全性得到了充分的保证.
关键词:电子技术;电磁兼容;控制系统;火炮失控
中圈分类号:TJ3O3.8学科分类代码:510-10文献标识码:A
某武器系统在试验中出现过火控系统失控,外在的表现为火炮"甩炮",采取一些措施后得到了一
定的改善.但在后续的火炮射击试验中,又出现了多次"甩炮"现象经仔细分析和反复排查,确认
火控系统失控是由该系统的武器控制组合的单片机死机造成火炮"甩炮",即造成系统失控.分析弄清
单片机死机原因就成为解决这一时有时无的严重质量问
的关键. 1某武器系统火炮稳定控制系统原理
某武器系统火炮稳定控制系统为大功率数字反馈控制系统,其原理框图见图1.其中控制火炮的
关键部件是武器控制组合.在简易工况下,
控制组合同时接收操纵台的输入信号和陀
螺仪组的反馈信号,经A/D变换成数字信
号后进行信号的比较,放大和校正,再经
D/A变换成模拟信号送给功率放大器,驱
动执行电机运行,实现对火炮的控制.在
稳定工况下,控制组合接收火控计算机给
出的瞄准镜与火炮的位置误差信号,经变
换后进行校正放大,然后以模拟信号送给
功率放大器,驱动执行电机使火炮运动,
实现对火炮的位置控制.
2失控现象的电磁兼容原理分析
图1火控系统原理框图
Fig.1Principleblockdiagramoffirecontrolsystem
某武器系统火控系统试验中的失控现象直观表现为:在炮手没有操炮动作时,火炮突然自行转动,
特别在射击后火炮失控,或者是在炮手做出操炮动作后火炮不动.试验现场仪器
到失控时控制火
炮的关键部件一武器控制组合输出信号为正负问某一随机值或单边输出某值.由此判断,组合中的
单片机死机并且输出异常是故障的直接原因.经过对硬件和软件的仔细排查,排除了因软件
缺陷
收稿日期:2006—06—09}修回日期:2006—10—12.
作者简介:吴兴波(1965),男,高级工程师,硕士.主要研究方向:火炮与自动武器.
第4期吴兴波等:某武器系统火炮失控与电磁兼容?25?
和机械因素引起死机的可能性.死机的原因应为控制组合受强烈的电磁干扰.
在任何系统中,形成电磁干扰(EMI)…必须具备3个条件(亦称电磁干扰三要素);有强烈的干
扰源;有敏感的接收单元;存在干扰源到敏感接收单元的耦合通道.因此,要消除电磁干扰就要从电
磁干扰三要素人手.
(1)干扰源:该武器系统火控系统采用了双向全电驱动的火炮控制及PWM功放等技术.PWM
随动系统功率放大器的脉冲输出电流可高达200A,脉冲宽度随负载变化有很大的变化,尤其是PWM
功率转换电路中IGBT在频繁的开关过程中产生的尖峰电压,它含有丰富的谐波分量,形成的能量泄
漏如果反馈入电网就会形成很强的传导干扰.对控制而言,这种干扰的危害最大,同时它的消除也最
困难,最复杂.感性负载在突然启动或停止的情况下会产生很强的反电动势能量,可产生强烈的电磁
辐射干扰和传导干扰,对环境和电源造成污染.
(2)敏感的接收单元:武器控制组合.
(3)干扰耦合通道:一般来说干扰耦合通道有空间电磁耦合,公用电源,信号通道和地.由于武
器控制组合机壳,连接电缆有较好的屏蔽性能,因此可以排除空间电磁耦合.对于该武器系统来说,
耦合通道明显是28V公用电源;不明显的信号通道C(控制组合与功放之间的信号电缆)的反向传输,
还有公用的地.确实该武器系统没有精电网供电系统,所有用电的分系统和设备均挂接在同一电网上
工作,相互之间容易引起干扰.另外,所有各系统基本上采用传统的单线制供电,把车体,炮塔体作
为地,所有电源电流和信号都通过车体,炮塔体形成回路.
失控机理验证测试
3.I测试框图
为验证失控机理的分析,进行了相关的电磁兼容测试.测试方法简 述如下:将电流探头卡在各测试点上,将探头耦合出的各频率的电流分量 通过频谱分析仪记录下来,如图2所示.测试时条件与实际试验时完全相 同,在系统静态工作,大速度调炮,以及30mm炮弹和100trim炮弹装填, 射击,抛壳等各种工作状态下,对控制组合26V供电,脉宽调制功率放大
,炮塔各部件供电源等3条传导途径(测试点如图1中,B, 器26V供电
C)进行了EMI测试.
3.2测试结果
图3为A点处功放工作并且在操炮时的干扰频谱.火控
系统对电源的干扰频谱测试结果是,操炮过程中受到的干扰 最强,测试总电源的干扰强度超过国军标
值2OdBI~V, 而高达115.9dBt~V.测试结果证明了失控分析是正确的,即 干扰主要来自功放,并通过电缆线反馈进入控制组合.
4解决失控的方案
电流
电源线
图2测试原理框图
Fig,2Principleblockdiagram oftestsystem
Start10kHzVBH10kHzStop250kHz ResBH10kHzSweep765ms(2106pts) 根据测试结果可以认定火控系统失控的机理是正确的,图点的干扰频谱 根据电磁兼容三要素.就是抑制干扰源,切断耦合途径,ngmnef."cespectrumofpointA 提高敏感单元的抗干扰能力.笔者提出的解决方案主要包括: (1)在武器控制组合内部采取如下措施:总线加上拉电阻;更换性能兼容且抗干扰能力强的总线
芯片;调整复位电路参数.目的是提高控制组合自身的抗干扰能力.
(2)将武器控制组合的电源加装LC以净化电路,其目的是减小进入控制组合的干
扰能量.减少
?
26?火炮发射与控制
干扰耦合.电路原理图如图4所示.
(3)在控制组合和功放之间加装I/O口滤波板,I/O口滤 波板一般由穿心电容等构成,以滤除部分带外干扰,其目的是 减少通过信号电缆传导的干扰,即减少干扰耦合. (4)在水平功放和垂直功放的供电与总电网之间增加大功 率电源净化器(滤波器){,其目的是将功放反馈到电网的干 扰能量旁路到地或损耗掉,即减少干扰耦合. (5)水平功放,垂直功放和武器控制组合及其他 单体要实现良好接地.只有接地良好才能真正地将干 扰能量释放到"地"中去,即减少干扰耦合,同时良 好接地是实现电磁兼容的基础.
按实施方案进行整改后,改善了电磁兼容性,基 本消除了炮控系统对电源的影响.重新测试A点的干 扰频谱.结果如图5所示.
系统进行电磁兼容改造前.每发射8发弹就发生 一
次失控,而采取一定措施后两次失控间隔了100多 发弹.采取上述所有措施后又发射了200多发弹,未 再出现失控现象.说明解决失控的思路正确,改造方 案是可行的.
5结束语
Peak
Log
l0
dB/
VlS2
S3FC
AAA
武器
44滤波示意图
Fig.4Schematicdiagramoffiltering Mkr119.3kHZ
99.55dBitV
V
Start10kHzvBHl0kHzStop250kHz ResBHlOkHzSweep76.5ms(909pts) 图5整改后点的干扰频谱
Fig.5ImprovedinterferencespectrumofpointA
失控对于一个武器控制系统来说是致命的故障,特别是在战场作战使用时,火炮失控可能就会导
致炮击友邻部队或贻误战机,直接影响战局胜负.本文通过对失控问题的电磁兼容分析,将故障
定位并提出了工程上易于实现而且有针对性的解决方案.经过试验验证,该方案大大地提高了系统的
工作可靠性,使系统安全性得到了充分的保证.
通过试验,成功地将电磁兼容理论运用到了实践中.同时也应看到,电磁兼容已经成为影响武器
系统质量和可靠性的举足轻重的因素,必须重视电磁兼容性的设计和试验,把电磁兼容与系统的功能
设计有机地结合起来,这是有待于解决的现实问题.
参考文献
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Unc0ntrollableGunandElectromagneticCompatibility
ofaTypeofWeaponSystem
WUXing—hoNINGShu—cun
(MilkaryAgencyofXianyangRegion,Xianyang712099,Shaanxi,China) Abstract:Gunout—
of-controloffirecontr.Isystemiscausedmainlybystrongelecttomagneticinterfe卜
ence.Threecondidonsthatformetectror'nagneticinterferenceare:firstisstronginterference
SOLIces;
第4期吴兴波等:某武器系统火炮失控电磁兼容
secondissensitivereceiveunit;thirdiscouplingchannelfrominterferencesourcestosensitivereceive
unit.Solutionmethodsare:toaddresistanceinthebusofcontrolgroupofweaponsystem;tochange
buschipthatitsperformanceiscompatibleandhashighanti—
interferencecapability;t0addLCinthe
powersupplyofcontrolgrouptocleancircuit;toaddI/()interfacefilteringboardbetweencontro1
groupandpoweramplifier.Thesemethodscanimprovereliabilityofgunfirecontrolsystemconsidera—
bly,andensuresafetyofsystemsufficientlv.
Keywords:electronictechnology;electromagneticcompatibility;controlsystem;out—of
—controlgun
(上接第】9页)
TechnicalStudyonGunDrawingVirtualTest
MIZhong—-heZHANGPei..zhon
(BaichengWeaponTestCenter,
gHUANGYan—changLIYuan
Baicheng137001,Jilin,China)
Abstract:Takingacertaintypeofantiaircraftgunandacertaintypeofcannonasstudyobects ,vitu一
1testenvironmentwasestablishedbymeansofMSC/ADAMS.3Dmodelofllenhancedroadsurfaces
ndt0wedguntravelstatevirtualprototypeweresetupbyuseof3DsoftwarePRO/E.Virtua1testof
towedguntravelonenhancedroadsurfacewascarriedout.
NaturalfrequencyoftOwedgunsusDensi0n
systemmustbecalculatedfirstlySOastoensuresafetytowedtestspeed.Towedtestspeedwasde—
sgnedaccordingtonaturalfrequencyandroadspectrumtopreventfromvibrationofsuspensionsvs—
tm?BYcomparison'virtualresultsareidenticalwithactualtestdata.Studyresultshowedthatvirtual
testcanprovidescientificbasisfordrawinguptestplanandworkingoutnationa1militaryst andard
aboutgundrawingtestmethod.
Keyw0rds:computersimulation;towedgun;enhancedroadsurface;dynamicssimu1ation :MCS/
ADAMS