武器站伺服传动装置在线辨识与自适应控制方法

针对武器站俯仰轴伺服传动装置在武器载荷变化时控制精度和安全性下降的问题,提出基于多参数在线辨识的自适应复合控制方法。基于符号函数的线性化方法,构建包含传动间隙、电机和负载摩擦非线性的伺服传动装置待辨识模型框架,推导出待辨识参数的显式迭代方程,通过带遗忘因子的递推增广最小二乘算法实现参数在线辨识。在此基础上,提出自适应比例积分控制器与自适应状态扩张卡尔曼滤波器相结合的复合控制方法。实验结果表明:参数辨识方法可实现伺服传动装置9个关键动力学参数的精确在线辨识,稳态辨识误差不超过10%。自适应复合控制方法将系统速度跟随残差均方根降低了28.24%,有效提升了俯仰轴在武器载荷变化时的控制精度和稳定裕度。

遥控武器站伺服系统的模糊LQR控制方法

针对遥控武器站伺服控制系统中存在负载力矩变化大、跟踪精度要求高等特点,提出一种模糊LQR控制策略,运用于武器站转速控制,以解决PI控制器存在快速性和稳态精度之间的矛盾,以及鲁棒性较差的问题。基于永磁同步电机转速跟踪模型设计了LQR控制器;针对LQR控制器权重系数固定、调参困难,且电机在不同转速和负载条件下运行时参数适应性较差的问题,提出了一种基于转速跟踪误差的LQR权重系数模糊调整策略,并以此设计模糊LQR控制器。通过仿真与实物试验,验证了控制器的控制性能。结果表明,设计的模糊LQR控制器在不同转速下均具有较高的跟踪精度与稳定性,同时对负载扰动和系统参数摄动具有较强的鲁棒性。

基于变密度法的武器站塔台发射支架拓扑优化

武器站塔台发射支架是发射装置的重要承力构件之一,其强度与刚度对于遥控武器站机动性和射击稳定性至关重要。本文中对于武器站塔台发射支架,在保证其结构安全性和稳定性的前提下进行拓扑优化。通过行军战斗中的过载和发射状态对支架的后座多种工况进行受力分析,基于变密度法设置挤压、最小尺寸、最大尺寸、体分比等约束条件对该结构拓扑优化。根据优化结果指导,重新对发射支架进行结构设计,在塔台左右耳轴重设3根受力杆,简化耳轴盒式结构,设置加强筋,并进行有限元强度校核。分析有限元结构,与原有支架相对比,拓扑优化后的支架质量减轻10.8%;其中在45°工况下,刚度提高了32%,强度提高了45%,其他工况下刚度强度均有不同程度提升,这对于武器站的轻量化与提高武器精度均具有重要意义。

面向武器站模块化基座的多工况与静动态筋壁结构高效设计方法

针对武器站模块化基座更高的多工况适应性和动态性能指标要求,提出并验证一种面向武器站模块化基座的多工况与静动态筋壁结构高效设计方法。推导了多工况刚度和多阶模态下的综合目标优化函数,分别利用层次分析法和线性加权法确定多工况刚度权重和多阶模态权重;针对综合目标优化函数下计算消耗大的问题,分别提出基于超单元的多工况与静动态拓扑优化方法和基于灵敏度分析法的筋壁结构响应面设计及寻优方法,并分别利用上述方法将模块化基座的拓扑优化时间和响应面试验设计时间缩减了92%和83.7%。校核验证结果表明,所设计的武器站模块化基座在满足各项性能指标的基础上,不仅能适应多种工况,而且有良好的静动态特性,对武器站产品的可重构高效设计有一定的指导价值。

全连接残差网络武器站决策方法

武器站是一种可以远程操作的新型武器系统,装备有多种武器组合,当确认目标时,使用合适的武器实施攻击。当前武器的使用决策大多由指挥员凭借人工经验做出判断,缺乏自主能力以及无法处理各种复杂战场态势信息。针对上述问题,提出了一种基于深度学习的全连接残差网络武器站自主决策方法。将影响武器站决策的主要因素作为输入,以全连接神经网络为基础,加入批量标准化优化算法、丢弃层以及残差模块(ResNet)构建模型,比较了模型输出与样本标签,分析了训练样本数目对模型精度的影响,对比了3种不同训练数据量下的模型在同一测试集下的准确率与损失变化情况。模型验证与仿真表明,该模型可以进行武器站自主决策。

遥控武器站动态规避射击方法研究

当前坦克或装甲车辆上遥控武器站上的天线禁射区域是在天线静止时测量的天线规避角度,该区间无法涵盖所有晃动天线的角度,存在安全隐患,提出一种基于机器视觉技术的动态天线规避方法。通过对瞄准具采集到的图像帧进行感兴趣区域提取、图像预处理、Canny边缘检测、基于统计概率霍夫变换线检测等处理,在显控一体机中实时检测识别晃动天线,判断晃动天线通过遥控武器站的射击线区域,根据判断结果发出禁射指令,驱动射控箱实现自动禁止射击。该方法可在不加大射界规避区间的情况下,保证晃动天线不被遥控武器站击中,从而提高遥控武器站使用安全性。

遥控武器站外形隐身设计方法

为提高遥控武器站的隐身性能,根据武器站总体结构布局提出了全隐身和局部隐身2种外形隐身设计方法并建立了相应隐身模型,分别对模型进行隐身仿真计算,综合对比分析2种方案的RCS值、体积和重量等指标。结果表明:全隐身模型RCS最大值为0.32 m^(2),体积和重量较大,适用于隐身指标高、装备空间大、对重量要求不敏感的情况;局部隐身模型RCS最大值为4.21 m^(2),体积和重量较小,适用于隐身指标不高、装备空间较小、对重量要求敏感的情况。2种设计方法适用不同的应用场景,具有理论参考价值和工程应用价值。

基于改进粒子群算法的遥控武器站射击精度智能分配方法

遥控武器站是由多个机电系统组成的高精度武器射击系统,各个组成部分对武器站最终的射击精度都有重要的影响。在武器站设计过程中,如何将总体精度要求分配到各个组成部分形成对各组成部分的精度要求,对武器站的战技指标实现和作战效费比具有重要的影响。传统的精度分配方法多依赖于历史数据和经验知识,分配结果难以达到最优化。以成本质量为基础,建立了武器站射击精度的优化分配模型和约束条件,并提出利用改进的自适应粒子群优化算法对模型进行全局寻优,从而获得最佳的精度分配结果,仿真结果证明本方法结果可靠、求解效率高,可用于从顶层指导高精度武器站的设计。

基于关节受力特性分析的臂式发射机构射击姿态优化研究

为了提高武器站射界及机动性,改变传统武器站结构形式,将机械臂作为武器搭载平台,采用运动学及动力学仿真分析得出机械臂运动质心运动规律及关节扭矩变化规律,计算关节驱动装置相关参数,进一步得出以机械臂为搭载平台的武器站最佳射击姿态。首先通过Adams动力学仿真得到恒定后坐力峰值为121.25 N;其次通过运动学仿真及数据处理,得出各个关节负载质心分布区域,从而求解出各个关节负载转动惯量的分布区间,计算得出J3、J2分别为+70°、-60°时,J1负载转动惯量最大,为0.821 kgm2;当J3、J2分别为+70°、+15°时,J2负载转动惯量最大,为1.7196 kgm2;对不同射击姿态下的机械臂保持力矩进行仿真分析,J3、J2分别为+60°、+70°,J2扭矩最大,为72.98 Nm;J3为-15°时,J3扭矩最大,为12.64 Nm;然后对运动及发射状态下关节驱动装置参数进行计算;最后分析在满足全方位射击的前提下,关节驱动装置保持力矩最小最佳的射击姿态。

遥控武器站研究现状与发展

介绍了遥控武器站(ROWS)的概念、特点与组成,在此基础上,从火力系统和火控系统两个方面综述了近年来国内外遥控武器站的研究进展,分析了未来遥控武器站的发展趋势。分析表明:研制具备遥控操作功能的武器站,以提高车载自动武器的射击精度、减小系统反应时间、解决操作手无装甲防护的问题,是世界各军事强国竞相发展的方向;如何进一步提高遥控武器站态势感知能力、射击精度和模块化水平将成为遥控武器站研究的重要课题。提出并讨论了先进光电技术、伺服控制技术、模块化技术、智能化技术及虚拟样机技术等发展遥控武器站的技术途径,以期为国内遥控武器站的论证分析、研制设计以及改进升级等提供理论借鉴和技术参考。

遥控武器站结构形式对武器性能影响

架座是遥控武器站的主要承重件,目前已认识到架座结构和刚强度对遥控武器站射击精度等动态特性影响较大,但对武器本身的影响特性并不明确。为了研究架座对武器本身的影响特性规律,以机枪武器站为研究对象,利用ANSYS WorkBench和ADAMS仿真软件建立了武器站刚柔耦合动力学仿真模型,分别对无架座、刚性架座和柔性架座3种情况下的武器动态特性进行了仿真研究,结果表明,某型机枪安装在武器站上,其自动机动态特性和射频等都有所改变,为遥控武器站研发及性能评价提供了理论指导。

遥控武器站发展现状与关键技术分析

遥控武器站是各军事强国为满足未来战场对武器平台高机动性、快速响应能力和较强防护能力的要求,在近年来大力发展的一种新型武器系统。以国外装备的典型遥控武器站为例,概述了近年来遥控武器站的发展现状和特点;从先进光电技术、伺服控制技术、模块化技术、智能化技术等4个方面,探讨了遥控武器站的发展趋势;在此基础上,总结了遥控武器站的基本工作原理和关键技术,对我国遥控武器站论证分析、研制设计以及改进升级等工作的开展具有一定的理论借鉴意义和技术参考价值。

遥控武器站射击密集度分析平台开发

为了快速准确地预测遥控武器站(remote control weapon stations,RCWS)射击密集度,建立了遥控武器站部分机构参数化三维模型、内弹道计算、弹炮耦合动力学仿真、起始扰动计算、外弹道计算和射击密集度计算等模型组件。基于多学科集成优化软件ModelCenter进行了系统集成,开发了遥控武器站射击密集度快速分析平台。以某遥控武器站为例,利用该平台计算了遥控武器站的射击密集度。研究结果表明,该平台可满足遥控武器站射击密集度快速、准确分析的要求,也为遥控武器站动力学优化提供了基础。

遥控武器站的自抗扰控制

遥控武器站系统是一个具有强后坐力、变摩擦力和变转动惯量的非线性系统,采用自抗扰控制技术对该系统进行稳定控制。系统利用自抗扰控制器的扩张状态观测器,对系统未建模特性和不确定性外扰进行动态估计和反馈补偿,提高了系统的抗干扰能力。实物系统稳定控制实验结果表明,所设计的自抗扰控制器具有良好的动态品质和较强的抗干扰性能,系统实现180°回转仅需2.62s,且转动过程中无振荡和无超调。

某遥控武器站行进间射击炮口振动特性研究

为对某型遥控武器站进行结构分析和行进间射击仿真研究,获得武器站行进间射击的炮口振动特性,运用虚拟样机技术,借助三维建模软件SolidWorks以及动力学分析软件RecurDyn,建立了路、车、炮一体化动力学模型,并验证了模型的正确性,在不同车速、不同路况条件下,对车载行进条件下的遥控武器站进行了连续射击的动力学仿真分析,获得了武器站行进间射击炮口的振动特性,为武器操作手提供参考依据,在炮口稳定性较高的条件下操作武器进行射击,有效提高射击精度。

基于ADAMS和MATLAB的遥控武器站机电联合仿真

为克服传统机电系统仿真只侧重于机械或电气的缺点,对跨平台的机电系统联合仿真进行研究。在分析遥控武器站机电联合仿真流程和遥控武器站伺服系统工作原理的基础上,运用动力学软件ADAMS和控制仿真软件MATLAB/Simulink,建立遥控武器站的机械动力学模型和机电联合仿真模型,并对遥控武器站伺服系统的控制动态特性进行分析。仿真分析结果表明:控制系统动态特性与设计要求基本符合,能为物理样机的研制提供理论依据。

某型遥控武器站架座有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS11.0对武器架座进行有限元分析,获得其在武器射击载荷下的应力和应变值,分析得出武器架座的整体强度满足要求,耳轴等局部需改进消除应力集中。对架座进行模态分析,提取前6阶模态,分析武器架座的刚度满足条件。研究托架和摇架对武器射击精度和射击稳定性的不同影响。尝试对武器架座进行形状优化,为武器站系统轻量化提供参考。

基于虚拟样机的火炮系统建模仿真与优化研究

以某小口径自动炮遥控武器站为研究背景,对其进行动力学建模仿真与优化研究。首先介绍了虚拟样机技术的发展和应用,利用多体动力学原理建立系统的动力学方程;在UG中建立遥控武器站三维装配模型的基础上,利用ADAMS软件平台建立遥控武器站虚拟样机并进行了校核;然后利用火炮发射动力学技术,对其连发射击状态进行了多刚体系统动力学仿真;并对火炮系统的后坐力和射击精度进行了优化。研究结果为遥控武器站总体设计和部件设计提供了理论依据。

遥控武器站结构参数对射击密集度灵敏度影响分析

在遥控武器站参数化的射击密集度计算模型的基础上,以弹丸立靶坐标为目标函数建立了灵敏度分析模型,基于拉丁超立方试验设计方法和极差分析法进行了射击密集度灵敏度计算,分析了结构参数对射击密集度的影响规律,获得了结构参数对射击密集度的灵敏度,分析结果为遥控武器站结构参数优化提供了基础,为总体结构方案的确定提供了参考。

缓冲器对某型遥控武器站炮口扰动的影响

为减小某型遥控武器站连续射击时的炮口扰动,提高其射击精度,建立了一种遥控武器站动力学模型,对其缓冲器进行研究。按照炮身运动环4个阶段建立了运动微分方程得到炮身运动诸元以及缓冲簧的受力情况,并通过三维建模软件SolidWorks以及动力学分析软件RecurDyn,在缓冲器不同刚度、阻尼和预压力等条件下,对遥控武器站进行了连续射击的动力学仿真。该研究获得了炮口振动特性曲线,掌握了缓冲器对武器站连续射击炮口扰动的影响规律。