一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法技術

本發明專利技術提供了一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，包括如下步驟：步驟一、給定支撐架彈性模量，彈箱質量，緩沖器剛度的范圍；步驟二、采用拉丁超立方試驗設計選取獲取N組樣本點；步驟三、計算炮口振動綜合參數；步驟四、聯合N組樣本點和N個炮口振動綜合參數構成初始訓練樣本點集；步驟五、使用遺傳算法對kriging代理模型進行尋優，找出最優點及最大期望提高點；步驟六、基于雙重kriging模型序列迭代優化算法對結構參數優化問題進行尋優直到收斂；步驟七、將各種外部激勵及內部非線性因素一并視為總和擾動，用擴張的狀態變量對其進行估計，最后通過反饋機制對其進行補償抑制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于武器站
，特別涉及一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法。
技術介紹
火炮發射時，火藥燃燒產生的瞬時高溫、高壓推動彈丸在膛內高速運動，加之火炮的慣性作用，使火炮產生劇烈振動，導致炮口指向發生變化，嚴重影響射擊精度。研究火炮發射的炮口擾動及其變化規律，對于評價和考核火炮性能、鑒定火炮生產質量、提高火炮射擊精度具有重要的理論意義。通過對頂置武器站結構參數進行優化使炮口擾動最小。
技術實現思路
本專利技術設計開發了一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，通過對結構參數的優化和對控制器的優化，解決了炮口擾動量大影響射擊精度的問題。本專利技術提供的技術方案為：一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，包括如下步驟：步驟一、給定頂置武器站支撐架彈性模量E的范圍E∈[Ea,Eb]，彈箱質量m的范圍m∈[ma,mb]，緩沖器剛度K的范圍K∈[Ka,Kb]；步驟二、采用拉丁超立方試驗設計選取E、m、K的值，獲取N組樣本點(Ei,mi,Ki)，i＝1,2,...,N；步驟三、將頂置武器站支撐架彈性模量、彈箱質量、緩沖器剛度分別設定為Ei、mi、Ki，對頂置武器站進行炮口擾動試驗，獲取高低向線速度均方值Di(vz)、水平向線速度均方值Di(vy)、高低向角位移均方值Di(θz)以及水平向角位移均方值Di(θy)，計算炮口振動綜合參數FiFi＝w1D(vz)+w2D(θz)+w3D(vy)+w4D(θy)其中，w1、w2、w3、w4為權系數；步驟四、聯合N組樣本點(Ei,mi,Ki)和N個炮口振動綜合參數Fi構成初始訓練樣本點集，構建kriging代理模型；步驟五、使用遺傳算法對kriging代理模型進行尋優，找出最優點及最大期望提高點；步驟六、將步驟五中獲取的最優點及最大期望提高點兩點方差最小點作為待添加的采樣點，重新進行kriging代理模型尋優，直到最優點收斂；此時得到的武器站支撐架彈性模量E0、彈箱質量m0、緩沖器K0即為頂置武器站結構優化參數。步驟七、將各種外部激勵及內部非線性因素一并視為總和擾動，用擴張的狀態變量對其進行估計，最后通過反饋機制對其進行補償抑制。優選的是，步驟三中，w1＝w3＝1，w2＝w4＝10。優選的是，步驟六中，收斂準則為：其中，分別為第k代、第k+1代kriging模型的最優值。優選的是，步驟二中，使用拉丁超立方試驗提取35組樣本點。步驟五中遺傳算法種群數量為44，交叉概率為0.7，變異概率為0.05，收斂閥值為0.001。優選的是，支撐架彈性模量E的范圍E∈[1.5,2.5]。優選的是，彈箱質量m的范圍m∈[50,130]。優選的是，緩沖器剛度K的范圍K∈[500,750]。優選的是，步驟七中，將武器站內部動力學特性及外部擾動可用一個未知的非線性函數則武器站機械系統可簡化為一個二階受控系統：式中，y、x1表示系統輸出，即頂置武器站俯仰部分角速度，x2為角加速度，為角加加速度；采用于擴張狀態觀測器將系統未建模部分及未知外部擾動視為總和擾動，并通過擴張的狀態變量進行觀測。提取系統輸出變量y和輸入變量u，輸入擴張狀態觀測器：則狀態變量z1是對武器站俯仰部分角速度的跟蹤量，z2是對角加速度的跟蹤量，z3是對總和擾動的跟蹤量；得出控制量u0后，連同總和擾動z3，采用以下反饋率對受控系統進行補償：u＝u0-z3最終得到頂置武器站炮控系統高低向穩定工況自抗擾控制模型。本專利技術的有益效果是：本專利技術提供了一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，通過對支撐架彈性模量、彈箱質量、緩沖器剛度的優化設計，和對控制其的優化，使炮口擾動量最小。附圖說明圖1為本專利技術所述的頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法流程圖。圖2為本專利技術所述的頂置武器站結構示意圖。圖3為本專利技術所述的頂置武器站炮控系統高低向穩定工況自抗擾控制模型。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。如圖1所示，本專利技術提供了一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，包括以下步驟：步驟一：選擇支撐架彈性模量E、彈箱質量m、緩沖器剛度K這三個結構參數作為優化問題的設計變量，這三個參數的取值范圍圖表1所示：表1步驟二：采用拉丁超立方試驗設計選取E、m、K的值，獲取35組樣本點(Ei,mi,Ki)，i＝1,2,...,35。步驟三、將頂置武器站支撐架彈性模量、彈箱質量、緩沖器剛度分別設定為Ei、mi、Ki，對頂置武器站進行炮口擾動試驗，獲取高低向線速度均方值Di(vz)、水平向線速度均方值Di(vy)、高低向角位移均方值Di(θz)以及水平向角位移均方值Di(θy)，計算炮口振動綜合函數minF＝min(w1D(vz)+w2D(θz)+w3D(vy)+w4D(θy))其中，w1、w2、w3、w4為權系數，作用是對振動參量的量綱進行統一，取值為：w1＝w3＝1，w2＝w4＝10。步驟四：生成初始訓練樣本空間。將35組樣本點(Ei,mi,Ki)，i＝1,2,...,35連同炮口振動綜合參數生成初始訓練樣本空間，部分樣本空間如表2所示表2步驟五：在初始訓練樣本空間的基礎上，利用Matlab中的“DACE”工具箱構造第一代kriging模型，回歸函數選擇二元二次多項式，相關函數選擇高斯函數，并考慮各向異性作用，對每個設計變量單獨賦予θ值，范圍取[0.1,20]，初始值統一設置為10。選擇遺傳算法作為優化算法，設置種群數量為44，交叉概率為0.7，變異概率為0.05，收斂閥值為0.001。kriging代理模型本質上是一種基于統計理論的近似模型[139]，其有效性及精確性受隨機誤差的影響小。kriging代理模型在對未知點進行預測時，需要借助周圍已知采樣點的信息，通過對該信息進行加權組合來估計未知點，加權方法則根據最小化估計值誤差的方差來確定，因此，可以認為kriging模型是最優的線性無偏估計。kriging作為一種半參數化的近似模型，由線性回歸部分和非參數部分組成：式中，F(β,x)為回歸部分，由一系列x的多項式及回歸系數β來共同決定：在插值過程中F(β,x)提供全局近似，且x的多項式形式可以選擇為0階、1階或2階。z(x)為非參數部分，在插值過程中提供局部偏差的近似，具有以下統計特性：式中，E為期望，Var為方差，Cov為協方差，R為相關函數，θ為相關向量。假設一組已知的包含n個設計變量個數的樣本點集為X＝[x1,x2,…,xn]T,其相應的函數值為為Y＝[y1,y2,…,yn]T，則采用kriging進行插值后，對任意一個未知點響應值的估計為：式中，c為插值系數。代理模型的估計誤差為：式中，F＝[f1,f2,…,fn]T，，Z＝[z1,z2,…,zn]T。為了保證估計結果的無偏性，需要使上述估計誤差的期望為0：即有：FTc-f(x)＝0此時，估計值的均方差為：式中，kriging模型要求最小，因此系數c可通過建立最小化均方差優化模型 來求解得出：引入拉格朗日乘子得：L(c,λ)＝σ2(1+cTRc-2cTr)-λT(FTc-f(x))上式關于c的梯度為：結合約束條件可得系統方程為：可以進一步推導出：將上式代入得：對數形式的參數估計極大似然函數為：本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、給定頂置武器站支撐架彈性模量E的范圍E∈[Ea,Eb]，彈箱質量m的范圍m∈[ma,mb]，緩沖器剛度K的范圍K∈[Ka,Kb]；步驟二、采用拉丁超立方試驗設計選取E、m、K的值，獲取N組樣本點(Ei,mi,Ki)，i＝1,2,...,N；步驟三、將頂置武器站支撐架彈性模量、彈箱質量、緩沖器剛度分別設定為Ei、mi、Ki，對頂置武器站進行炮口擾動試驗，獲取高低向線速度均方值Di(vz)、水平向線速度均方值Di(vy)、高低向角位移均方值Di(θz)以及水平向角位移均方值Di(θy)，計算炮口振動綜合參數FiFi＝w1D(vz)+w2D(θz)+w3D(vy)+w4D(θy)其中，w1、w2、w3、w4為權系數；步驟四、聯合N組樣本點(Ei,mi,Ki)和N個炮口振動綜合參數Fi構成初始訓練樣本點集，構建kriging代理模型；步驟五、使用遺傳算法對kriging代理模型進行尋優，找出最優點及最大期望提高點；步驟六、將步驟五中獲取的最優點及最大期望提高點兩點方差最小點作為待添加的采樣點，重新進行kriging代理模型尋優，直到最優點收斂；此時得到的武器站支撐架彈性模量E0、彈箱質量m0、緩沖器K0即為頂置武器站結構優化參數；步驟七、將武器站機械系統可簡化為一個二階受控系統：x·1=x2x·2=f(x1,x2)+uy=x1]]>式中，y、x1表示系統輸出，即頂置武器站俯仰部分角速度，x2為角加速度，為角加加速度；將各種外部激勵及內部非線性因素一并視為總和擾動，用擴張的狀態變量對其進行估計，最后通過反饋機制得出擾動補償值。...

【技術特征摘要】
1.一種頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、給定頂置武器站支撐架彈性模量E的范圍E∈[Ea,Eb]，彈箱質量m的范圍m∈[ma,mb]，緩沖器剛度K的范圍K∈[Ka,Kb]；步驟二、采用拉丁超立方試驗設計選取E、m、K的值，獲取N組樣本點(Ei,mi,Ki)，i＝1,2,...,N；步驟三、將頂置武器站支撐架彈性模量、彈箱質量、緩沖器剛度分別設定為Ei、mi、Ki，對頂置武器站進行炮口擾動試驗，獲取高低向線速度均方值Di(vz)、水平向線速度均方值Di(vy)、高低向角位移均方值Di(θz)以及水平向角位移均方值Di(θy)，計算炮口振動綜合參數FiFi＝w1D(vz)+w2D(θz)+w3D(vy)+w4D(θy)其中，w1、w2、w3、w4為權系數；步驟四、聯合N組樣本點(Ei,mi,Ki)和N個炮口振動綜合參數Fi構成初始訓練樣本點集，構建kriging代理模型；步驟五、使用遺傳算法對kriging代理模型進行尋優，找出最優點及最大期望提高點；步驟六、將步驟五中獲取的最優點及最大期望提高點兩點方差最小點作為待添加的采樣點，重新進行kriging代理模型尋優，直到最優點收斂；此時得到的武器站支撐架彈性模量E0、彈箱質量m0、緩沖器K0即為頂置武器站結構優化參數；步驟七、將武器站機械系統可簡化為一個二階受控系統： x · 1 = x 2 x · 2 = f ( x 1 , x 2 ) + u y = x 1 ]]>式中，y、x1表示系統輸出，即頂置武器站俯仰部分角速度，x2為角加速度，為角加加速度；將各種外部激勵及內部非線性因素一并視為總和擾動，用擴張的狀態變量對其進行估計，最后通過反饋機制得出擾動補償值。2.根據權利要求1所述的頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，其特征在于，步驟三中，w1＝w3＝1，w2＝w4＝10。3.根據權利要求2所述的頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，其特征在于，步驟六中，收斂準則為： y ^ min k + 1 - y ^ min k y ^ min k ≤ 1 % ]]>其中，分別為第k代、第k+1代kriging模型的最優值。4.根據權利要求3所述的頂置武器站行進間連發射擊炮口振動分步抑制方法，其特征在于，步驟二中，使用拉丁超立方試驗提取35組樣本點。5.根據權利要求4所述的頂置武器站行進間連發射...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛保全，鄧威，宋鵬，蘭圖，李曉剛，
申請(專利權)人：中國人民解放軍裝甲兵工程學院，
類型：發明
國別省市：北京;11