火炮典型機構動力學建模與參數(shù)辨識研究.pdf

1、火炮作為一種復雜的機電液系統(tǒng)，其發(fā)射過程伴隨著復雜的相對運動、接觸碰撞、磨損燒蝕等具有參數(shù)非線性、結構超靜定特征的物理化學現(xiàn)象。這些現(xiàn)象通常難以利用常規(guī)建模方法準確描述，而系統(tǒng)辨識理論為解決上述難題提供了一條有效途徑。本文以此為研究背景，結合“XXX時變力學理論研究”和“XXX傳遞規(guī)律理論研究”兩個國防“973”項目，對火炮典型機構的動力學建模與參數(shù)辨識進行了系統(tǒng)性研究，主要內容包括:
　　(1)建立了由活門式制退機、浮動活塞式復

2、進機、短節(jié)制桿式制退復進機、液壓式縱動開閂機構、橫動式開閂機構、扭桿平衡機等火炮典型機構抽象出的兩自由度發(fā)射機構動力學模型，深入研究了參數(shù)線性結構靜定、參數(shù)線性結構超靜定、參數(shù)非線性結構靜定和參數(shù)非線性結構超靜定四類發(fā)射機構動力學參數(shù)辨識問題。利用最小二乘衍生算法辨識出了有色噪聲干擾下參數(shù)線性結構超靜定發(fā)射機構的剛度與阻尼;引入有限數(shù)據(jù)窗或基函數(shù)擬合概念，利用最小二乘法有效地辨識出了有色噪聲干擾下參數(shù)非線性結構靜定發(fā)射機構的阻尼;并在上

3、述辨識概念基礎上，通過合理設定待辨識參數(shù)搜索空間，使用遺傳算法和粒子群算法，辨識出了參數(shù)非線性結構超靜定發(fā)射機構的剛度與阻尼，有效地避免了最小二乘法目標函數(shù)與參數(shù)邊界不可控的缺點;定量描述了動力學模型中運動非線性項，并結合參數(shù)辨識基本原理得出不能忽略運動非線性項的結論。
　　(2)分析了火炮機構動力學參數(shù)測試測試中所使用的激光位移傳感器、壓電加速度傳感器和壓電式壓力傳感器的測試原理與測試誤差，設計了用以減少測試誤差的激光位移傳感器

4、安裝夾具和加速度傳感器固定裝置。從測試器材、測試環(huán)境及實踐操作三大方面，討論了高速攝影機、光學鏡頭、光線傳輸、振動沖擊、攝影光位、曝光時間和坐標標定等因素對高速攝影系統(tǒng)測試誤差造成的影響，并提出了一種使用動靜標記點來減少誤差的圖像后處理方法，成功地將5級自然風速條件下的測試誤差由4mm減少至0.02mm;設計了火炮身管標定裝置，有效地提高了火炮身管軸線、標記自身軸線和跟蹤坐標軸線的三線重合度，減少了坐標標定因素對測試精度的影響。

5、　　(3)對火炮大位移運動發(fā)射機構的動力學建模與參數(shù)辨識問題進行了深入研究，提出以多重約束邊界條件代替原有全約束邊界條件的建模思想。構建了大位移運動發(fā)射機構模擬裝置的偏心驅動等效物理模型，結合模擬裝置動力學參數(shù)測試研究，合理設定等效物理模型待辨識參數(shù)的搜索空間，最后運用遺傳算法辨識出了等效物理模型的未知參數(shù)。將驅動器儲氣室氮氣驅動做功過程近似處理為氣體絕熱膨脹過程，利用變步長微分求解方法數(shù)值計算出了相關物理參數(shù)，并對偏心驅動作用下模擬裝

6、置的功能關系進行了定量評估。
　　(4)將擠進阻力與擠進速度之間的函數(shù)關系近似表征為擠進阻力與應變率之間的映射關系，通過基于球面成像原理的火炮坡膛檢測裝置和基于激光三角測距原理的火炮坡膛檢測裝置精確測繪了待研究火炮坡膛與彈帶的實際結構尺寸，在區(qū)別有膛線直膛、有膛線坡膛和無膛線坡膛三部分擠進特性的基礎上，提出了綜合考慮材料動力學行為及坡膛與彈帶結構的擠進阻力建模方法。結合該火炮彈帶擠進動力學測試結果，通過合理設定目標函數(shù)與參數(shù)區(qū)間，