坦克炮的精度设计及其优化控制方法越来越受到普遍重视。火炮的射击命中精度包括准度和密集度两个概念。坦克炮的精度设计既要提高准度,又要提高密集度。静止射击条件下的发射不一致性控制是坦克炮精度设计的根本问题。火炮系统发射时的3类动力扰动包括力源性扰动、形源性扰动和位源性扰动。对扰动的抑制是火炮精度设计的另一个重要内容。研究结论是:坦克炮精度优控性设计应努力控制3类扰动因素的产生,约束它的大小;另一方面,通过结构设计,最大限度实现动力平衡,保持身管在发射扰动状态下的稳定性。工程实践检验表明:这种方法取得了较好的效果,证实了它的指导意义及实用价值。

为使舰炮向智能化和信息化方向发展,有必要开展智能控制理论在舰炮控制系统中的应用研究。舰炮控制系统不仅要完成随动系统控制、弹药输送过程中的机构动作控制及数据通信等基本功能,而且还要在此基础上完成人-机交互和故障分析定位等附加功能。目前舰炮控制系统常用的主要有集中控制和分散控制两种结构形式。分层递阶结构体现了分层信息处理与决策的方法,综合了集中控制和分散控制的优点,能兼顾系统的控制管理和单机运行控制。分析表明:舰炮综合智能控制系统应选择分级递阶控制结构。

武器装备效能评估是武器论证和作战使用领域的重要研究内容。目前,大量具有先进水平的新型自行火炮已装备部队。它们是由功能相互关联的武器系统、车载设备、自动化指挥设备、综合保障设备等构成的自行火炮综合体。诸如射击准备时间、自行火炮装备完好性程度等作战准备性能直接影响着自行火炮综合体作战效能。传统的效能评估方法很难准确地评估其效能。从系统论角度出发,研究了自行火炮综合体的使用性能对其作战能力的影响,并建立了分析模型。

以模糊数学为手段,对舰炮武器系统的作战效能进行了模糊综合评价。在作战效能模糊综合评价结构模型中,总目标被分解为一系列子目标,这些子目标又按其属性分作若干组,每一子目标又可继续分解,从而形成不同的层次。指标体系的建立对系统效能的综合评价是一项重要的基础工作。对舰炮武器系统的作战效能进行了认真分析,确定了其评价指标体系。通过某型舰炮武器系统的实例计算,验证了模型的正确性。

为了有效地降低某轮式自行火炮高低炮口扰动,对武器系统的总体结构参数优化进行了初步研究。建立了考虑炮身弹性变形、自动机主要构件的运动和碰撞等复杂因素的全炮动力学模型。根据某火炮的结构组成和发射原理,把武器系统简化成由身管、供弹臂、弹丸、摇架、炮塔、底盘等24个物体组成的多体系统。在对影响炮口垂直扰动的主要参数进行灵敏度分析的基础上,利用随机方向优化算法对武器系统的总体结构参数进行了优化。优化效果明显,为武器系统的总体设计和结构设计提供了理论依据。

根据有关试验方法,武器系统的数据采集设备和基地的真值测量设备要完成数据同步采集工作。以GPS系统实时时钟为基础,通过对绝对时标加以处理,以无线方式实现了不同站点之间的实时数据采集。通过在数据采集计算机内设置高分辨率的实时时钟,以及用实时操作系统替代传统的同步控制装置,将高精度计时信息叠加到所采集的数据中。GPS同步时标技术的原理是,利用GPS秒脉冲和绝对时标,定时对同步控制系统进行校准,对数据采集计算机外部事件发生时刻进行标准时间读数标注,从而保证同步控制系统的时间精度。试验表明:该技术测试系统性价比高、配置灵活,具有较好的推广使用价值。

开发武器系统的可视化仿真软件系统是一个关键问题。为了便于可视化仿真开发、模型组织和维护修改,提出了一种基于统一建模语言(Unifiedmodelinglanguage,简称UML)的可视化仿真方法。用UML有效管理各个模型间构造关系,这主要包括数值计算的可视化、仿真模型的可视化和仿真交互可视化的维护修改,直至实现优化的系统方案。实际应用证明,该方法有利于可视化仿真的数值计算可视化、仿真模型可视化和仿真交互可视化的维护管理,极大地提高了实际工作效率。

机械拉削身管膛线时存在的主要质量问题是偏线、膛线起点不均匀和波纹。偏线较多发生在膛内起点部位。膛线起点不均匀产生的主要原因是:镗出的坡膛孔对炮膛轴线偏心、坡膛的椭圆度及刀头套表面与炮膛的间隙过大,使所定的刀具位置在圆周上不齐。振动波纹的出现是因为拉刀头的导向部磨损或调整不当,以及与炮膛的配合间隙过大,因而在膛线底部产生波纹。对火炮射击过程的影响进行了分析。从工艺角度提出了解决这些质量问题的措施。

随着数字计算机在控制中的广泛应用,直接在离散时间内设计数字化控制器具有现实意义。在陈庆伟学者提出的连续时间双口内模控制的基础上,提出了一种针对伺服系统的离散时间双口内模控制器设计方法。其基本原理是在基本的内模控制结构上增加一个控制器,从而获得更高的系统性能。并对系统的鲁棒性能、跟踪性能和抗干扰性能进行了理论分析。仿真结果表明,当模型参数存在较大误差时,系统性能优于PID控制,且具有高阶无静差特性。

针对机载ГОСТ总线,提出了ГОСТ总线设备分布式自动测试及诊断系统的总体结构和实现方案。通过采用单片机上的系统(C8051F320)、CPLD器件(EPM240)和总线接口芯片(HI-8582),设计出ГОСТ总线与RS-485总线间的通用接口电路。ГОСТ标准总线上传输的数据格式采用双极性归零码,数据字由32位组成。总线接收器可接收电压范围为:高电平+6~+13V;零电平+0.5~-0.5V;低电平-6~-13V。开发了可靠的主从式通信协议,实现了机载ГОСТ总线设备的分布式在线检测。使用结果表明:整个系统设计合理,分布式测试系统通信可靠性高,操作维护方便。

为了寻求计算火炮与自动武器自动机多构件机构的机械传动效率的方法,在分析多构件机构机械传动效率计算公式的基础上,借鉴有限单元法,提出了传动单元和传动节点的概念。从常见的自动机机构中提取出了5种传动单元,即平动-平动、平动-转动、转动-平动、杠杆-杠杆和凸轮-凸轮传动单元,并用单元法推导出了计算多构件机构正传动的机械传动效率的公式,给出了计算实例。结果表明,单元法是计算机构机械传动效率的一种快捷、有效的新方法。

为了解决跟踪空中目标时背景云雾的干扰及目标大小和姿态变化带来的不利影响,提出了用于电视跟踪的一种双波门改进算法。该算法在双波门算法的基础上,加入动态阈值的判断,使之能快速、有效地去除背景云雾干扰,同时根据目标特征自适应调整内波门尺寸,避免因目标大小的剧烈变化导致的跟踪失败。利用视场内帧预测方法,较好地解决了目标丢失的问题。该算法通过半物理仿真实验进行验证,解决了云雾干扰、目标大小和姿态变化等不利影响问题,达到了系统实时性要求,实现了稳定跟踪。

针对火炮结构复杂,待测参数较多的情况,有必要研制一种功能多、兼容性好、操作简便的测试系统。基于虚拟仪器的测试系统突破了传统检测手段在数据测量、处理方面的限制,使检测设备可以方便地通过软件升级实现功能扩展,有效地提高检测设备的检测技术水准。虚拟仪器由通用硬件平台和应用软件组成。其中基本硬件为NI公司的PCI-4472型动态信号采集卡,软件为NI公司的图形化编程语言Lab-VIEW。计算机为硬件平台的核心,I/O接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大和模数转换。软件系统可以同时进行4通道测试并用图形分析显示出来。实弹测试实验表明,系统软硬件能够满足火炮动态参数测试要求。

将PXI总线技术应用于火箭炮电传运动性能的检测,开发符合通用检测平台要求的专用检测设备,符合现代自动测试系统的发展方向。应用PXI总线平台对火箭炮电传运动性能进行在线检测,利用计算机控制技术检测高低角、方位角和动作时机是否正确;检测电传各运动区域的运动速度是否正常。当与角限位器修理相结合时,对角限位器的安装角进行检测和确定。较好地解决了以往人工检测时定位不准,运动速度检测不准的问题,方便了安装和整体调试,减小了检测时间。

自动供输弹装置是火炮上故障发生率较高的子系统之一,因而有必要进行自动供输弹装置故障预测研究。自动供输弹装置是一种机-电-液一体化的机器人系统,既有实现动作的机械部分,即弹药装填和补给装置,也有控制机构动作顺序的控制部分。根据供输弹装置的组成,其故障诊断的BP网络输入层采用9个神经元,隐含层节点数有8个,隐函数选取sigmoid函数,输出层有9个单元。故障预测网络的训练包括火炮自动供输弹装置特征样本输入方式、测试方法、最大允许迭代次数和训练终止的允许误差等的确定。实时测取的样本验证,该预测模型合理。

针对单一传感器信息反映故障的模糊性和不确定性,发动机故障诊断精度较低的情况,提出了一种基于模糊逻辑的发动机喷油器故障MSF诊断方法。某12缸发动机喷油器上设置的5种故障分别是喷孔堵塞、针阀卡滞、弹簧断裂、针阀开启压力过低和针阀开启压力过高。将8个特征参数融合到模糊逻辑推理诊断系统中,根据实验统计,分别建立了8个特征的隶属度函数和6种状态的输出隶属度函数。该方法能有效地提高发动机故障诊断精度。

车载炮系统的射击精度与其自身的结构动态特性密切相关。因而很有必要研究火炮结构的振动特性对火炮射击精度的影响。利用多体系统传递矩阵法将车载炮系统处理成由多个刚体、集中质量、空间弹性梁并按一定的方式铰接而成的刚弹耦合系统。利用传递矩阵法并依据确定的传递方向,可将车载炮系统由下到上依次划分为:车轮、车体、除去起落部分的回转部分、除去后坐部分的起落部分、炮闩、身管和炮口制退器。每个部件可按照自然属性视为刚体、弹性梁和集中质量。建立了车载炮系统的动力学模型,利用Matlab编程计算并得到了某车载炮系统的振动特性。

火炮射击时,为保证车载高炮系统连续射击的精度,其底盘必须处于水平状态。吸取瑞士GDF-001牵引高炮三点调平的成熟经验,提出四点调平原理。分别应用2个调平传感器,经电路和油路分别控制液压缸运动,调平油缸向四点中的最高点看齐。最高点由地面状况随机决定。对高炮而言,最高点的高度由最低火线高决定。系统中设有流量调节环节,电液比例调速阀在快挡可以缩短整个调平时间,在慢挡可以保证调平精度。该自动调平控制系统降低了系统成本和维护保养费,提高了系统工作可靠性,为调平系统实际设计提供了依据。