火炮典型机构动力学建模与参数辨识研究

发布时间：2020-04-07 03:01

【摘要】：火炮作为一种复杂的机电液系统,其发射过程伴随着复杂的相对运动、接触碰撞、磨损烧蚀等具有参数非线性、结构超静定特征的物理化学现象。这些现象通常难以利用常规建模方法准确描述,而系统辨识理论为解决上述难题提供了一条有效途径。本文以此为研究背景,结合"XXX时变力学理论研究"和"XXX传递规律理论研究"两个国防"973 "项目,对火炮典型机构的动力学建模与参数辨识进行了系统性研究,主要内容包括:(1)建立了由活门式制退机、浮动活塞式复进机、短节制杆式制退复进机、液压式纵动开闩机构、横动式开闩机构、扭杆平衡机等火炮典型机构抽象出的两自由度发射机构动力学模型,深入研究了参数线性结构静定、参数线性结构超静定、参数非线性结构静定和参数非线性结构超静定四类发射机构动力学参数辨识问题。利用最小二乘衍生算法辨识出了有色噪声干扰下参数线性结构超静定发射机构的刚度与阻尼;引入有限数据窗或基函数拟合概念,利用最小二乘法有效地辨识出了有色噪声干扰下参数非线性结构静定发射机构的阻尼;并在上述辨识概念基础上,通过合理设定待辨识参数搜索空间,使用遗传算法和粒子群算法,辨识出了参数非线性结构超静定发射机构的刚度与阻尼,有效地避免了最小二乘法目标函数与参数边界不可控的缺点;定量描述了动力学模型中运动非线性项,并结合参数辨识基本原理得出不能忽略运动非线性项的结论。(2)分析了火炮机构动力学参数测试测试中所使用的激光位移传感器、压电加速度传感器和压电式压力传感器的测试原理与测试误差,设计了用以减少测试误差的激光位移传感器安装夹具和加速度传感器固定装置。从测试器材、测试环境及实践操作三大方面,讨论了高速摄影机、光学镜头、光线传输、振动冲击、摄影光位、曝光时间和坐标标定等因素对高速摄影系统测试误差造成的影响,并提出了一种使用动静标记点来减少误差的图像后处理方法,成功地将5级自然风速条件下的测试误差由4mm减少至0.02mm;设计了火炮身管标定装置,有效地提高了火炮身管轴线、标记自身轴线和跟踪坐标轴线的三线重合度,减少了坐标标定因素对测试精度的影响。(3)对火炮大位移运动发射机构的动力学建模与参数辨识问题进行了深入研究,提出以多重约束边界条件代替原有全约束边界条件的建模思想。构建了大位移运动发射机构模拟装置的偏心驱动等效物理模型,结合模拟装置动力学参数测试研究,合理设定等效物理模型待辨识参数的搜索空间,最后运用遗传算法辨识出了等效物理模型的未知参数。将驱动器储气室氮气驱动做功过程近似处理为气体绝热膨胀过程,利用变步长微分求解方法数值计算出了相关物理参数,并对偏心驱动作用下模拟装置的功能关系进行了定量评估。(4)将挤进阻力与挤进速度之间的函数关系近似表征为挤进阻力与应变率之间的映射关系,通过基于球面成像原理的火炮坡膛检测装置和基于激光三角测距原理的火炮坡膛检测装置精确测绘了待研究火炮坡膛与弹带的实际结构尺寸,在区别有膛线直膛、有膛线坡膛和无膛线坡膛三部分挤进特性的基础上,提出了综合考虑材料动力学行为及坡膛与弹带结构的挤进阻力建模方法。结合该火炮弹带挤进动力学测试结果,通过合理设定目标函数与参数区间,利用遗传算法辨识出了挤进阻力模型的参数。通过对比由该挤进阻力模型计算出的其余四种发射工况下的挤进阻力与有限元数值模拟的挤进阻力,进一步验证了该挤进阻力模型的适用性。
【图文】：

±论文逦逦逦火炮典型机构动力学建模与参数相应方案也是这部分研究工作的难点所在。逡逑主要内容及章节安排逡逑火炮典型机构的研制对动为学参数有着迫切需求，目前研究主要集中在火炮动力学建模理论和方法领域，，而在火炮动力学参数辨识领域的研究较少。本文究背景，对火炮典型机构动力学建模与参数辨识问题进行了深入研究。全文共，章节内容及逻辑关系如图１．１所示。逡逑第１章逡逑

络的学习过程类似，但ＲＢＦ神经网络隐含层函数为高斯基函数（式２．％），且从隐含层逡逑到输出层的映射是线性的。采用这种局部逼近的神经网络可加快学习速率并避免局部极逡逑小值，非常适合动态系统的辨识问题。一个典型ＲＢＦ神经网络的结构可由图２．４表示：逡逑：疆＾逡逑！邋＼逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑！邋？逡逑！邋＜逡逑输入层邋隐含层逦输出层逡逑Ｉ逦逡逑图２．４典型ＲＢＦ神经网络结构逡逑W中，表示输入层第ｆ？个节点的输入，0为隐含层函数，ＡＣｊ为第７？个节点高斯函数中逡逑２７逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ301

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈永刚,周晓东,沈同圣;应用系统建模法对南海某舰面温度的建模及预报[J];浙江科技学院学报;2005年01期

2 徐雪峰;冯书兴;曹裕华;;面向实体的军事概念模型建模法研究[J];装备指挥技术学院学报;2008年02期

3 徐一新;李书伟;王琪;高楠楠;;基于组合建模法的两栖车辆车体优化分析[J];计算机仿真;2013年03期

4 陈义华,许仰曾;液压大系统的模块式建模[J];甘肃工业大学学报;1993年01期

5 韩安媛;;一种改进型定性建模方法F-SDG[J];探测与控制学报;2008年S1期

6 樊海东;李梦韬;;复杂零件CATIA快速和规范建模法研究[J];中国制造业信息化;2009年07期

7 杨雄飞,何雪明,周建华;键图建模和20SIM建模仿真平台[J];江南学院学报;2001年04期

8 陈韬;邵之江;;基于Matlab的大规模开放方程结构化建模[J];江南大学学报;2005年06期

9 徐光先;吴泽宁;;GM(1,1)建模方法的应用研究[J];郑州工学院学报;1990年04期

10 胡玲,贾仁安;SD流率基本入树建模法反馈环分析计算机实现研究[J];南昌水专学报;2000年01期

相关会议论文 前4条

1 陈琼;俞立英;;三维有限元建模方法的研究现状[A];2004年上海市口腔医学学术年会论文汇编[C];2004年

2 戴月明;朱习军;;框架制导法计算机辅助建模的设计与实现[A];第二十三届中国控制会议论文集（上册）[C];2004年

3 张达;何小阳;;一种改进的时间序列建模方法[A];中南六省（区）自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年

4 许仰曾;;许氏液压大系统模块式建模法与其静动态合一的直接代数算法[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前5条

1 徐锐;火炮典型机构动力学建模与参数辨识研究[D];南京理工大学;2016年

2 程涵;柔性织物折叠建模技术及展开过程数值仿真研究[D];南京航空航天大学;2013年

3 陈建辉;基于脑信息学的数据脑建模及其应用[D];北京工业大学;2011年

4 刘孝保;电子设备动态性能有限元建模与优化方法研究[D];电子科技大学;2011年

5 冯志强;船舶焊接智能系统知识建模与推理方法研究[D];上海交通大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 周蕊;近海海浪的建模仿真研究[D];昆明理工大学;2015年

2 周祺X;基于变分积分的Zeta变换器建模与滑模数字控制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 宋佳佳;风洞马赫数的建模与辨识[D];东北大学;2013年

4 高波;地层三维建模在深基坑降水模拟中的应用研究[D];成都理工大学;2015年

5 何自璋;基于ProModel的连杆生产线建模仿真与优化研究[D];南昌航空大学;2015年

6 黄慧;流体场等效电路建模[D];东南大学;2016年

7 李方召;基于头体分步处理的三维人像建模关键技术研究与实践[D];国防科学技术大学;2014年

8 闫丽娟;校园三维地理信息系统的建模与可视化研究[D];大连理工大学;2013年

9 王晨昊;地理环境建模关键技术研究[D];国防科学技术大学;2005年

10 李曦;一种动态数据序列的建模方法及其在定氧加铝系统中的应用[D];武汉科技大学;2003年

本文编号：2617359