基于能量和信息同步传输的引信高精度动态开环控制技术

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为适应现代战争中存在的立体威胁,提高坦克的信息反应和火力反应能力,需要使用信息化多功能坦克炮弹药替代传统单一毁伤模式弹药。这一类多功能弹药改变了传统弹药毁伤功能单一,难以对各种复杂环境条件下的敌对目标进行打击的缺陷。为实现多功能弹药的多种毁伤效果,这类弹药所配用的引信也必须具有可装定、可探测、可处理和可控制等四种能力。这类引信作为一种动态开环控制系统,提升动态开环控制的精准度和可靠度时+实现最佳毁伤控制的根本途径。本文以灵巧引信为对象,提出了引信动态开环控制基础理论,分析影响动态开环控制系统精准度和可靠度的因素,提出引入新的能量和信息源和提升现有信息流能量流节点精准度和可靠度两种动态开环控制系统性能改进方案;研究能量和信息同步传输中信息传输实时性与能量储量需求的矛盾,建立了功率约束下动态开环控制系统模型;设计底火共线传输中子系统间能量流串扰抑制系统,对动态开环控制系统中的模型误差和基准误差进行校正,最终完成基于底火共线能量和信息同步传输技术的动态开环控制系统设计与试验验证。建立了引信动态开环控制模型,该模型能够描述各类现有引信及新设计引信。针对灵巧引信的毁伤控制需求,设计了基于能量和信息同步传输的引信动态开环控制系统;分析了上述动态开环控制系统的能量流和信息流并提出基于能量流和信息流的控制可靠度/精准度定义和优化方法,将优化方法分为两部分:能量和信息同步传输对系统的影响优化和能量流与信息流节点优化;为评价基于发射回路的能量和信息同步传输系统对可靠度和精准度的影响,提出了动态开环控制效果的相对熵评价方法,完成了基于能量和信息同步传输的动态开环控制系统基础理论构架。针对基于发射回路的传输系统存在严格功率约束的问题,研究了功率约束下能量和信息同步传输的功率分配策略、系统模型和传输时序。系统的工作目标为:在给引信提供充足能量的前提下实现总传输时间最短,以提高信息实时性。建立了低通信道和带通信道两种同步传输模型,二者的性能对比表明,低通信道传输模型优于带通信道传输模型;设计了基于混合功率分配的传输系统,并以传输时长最小化为优化目标对传输时序进行了优化,获得了最优传输时序和最短传输时长,并分析了非理想接收端滤波器对传输系统的影响,结果表明,非理想接收端滤波器会影响系统带宽。最终建立了功率约束下能量和信息同步传输系统模型。以提高控制可靠度为目的,研究了发射能量和装定能量间的相互串扰问题及其抑制手段;针对串扰失效机理问题,建立了基于非聚合马尔科夫链的系统间能量流串扰失效模型,并根据失效模型分析了能量流串扰对各个子系统的影响;根据能量流串扰效应确定了能量流串扰抑制的边界条件并设计了串扰抑制函数,通过不同的参数取值设计了正电压和负电压两种串扰抑制系统;仿真分析了串扰抑制效果和串扰抑制系统可靠性,分析结果表明正电压和负电压串扰抑制系统抑制效果接近,正电压串扰抑制系统在可靠度方面有一定优势,因此选择正电压串扰抑制系统设计方案作为串扰抑制系统最终设计方案。研究了动态开环控制误差对精准度的影响问题及控制误差校正算法;提出了动态开环控制误差校正基础理论,该理论将控制误差分为基准误差和模型误差两部分;针对基准误差,为保证基准在温度变化情况下的长期稳定性,设计了一种控制基准的两步校正方案,步骤一,基于双向伪时间戳同步的控制基准和计时起点校正算法,步骤二,基于温度测量的控制基准自校正算法;针对模型误差,设计了基于动态性能试验结果的模型误差校正算法,该算法通过对试验结果的条件抽样校正模型误差。设计了基于能量和信息同步传输的动态开环控制系统,说明了系统组成和各子系统的工作原理。试验验证了能量和信息同步传输系统的传输能力,系统间能量流串扰抑制能力和与现有火炮系统的兼容性;验证了动态开环控制系统的基准误差和模型误差的校正能力,测量了动态开环控制系统的能量消耗速率和发火可靠度。最终,通过系统的可靠度和精准度试验,验证了系统实际性能。
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