弹药自动装填系统是现代中大口径自行火炮的关键子系统,与其他自行火炮子系统及整个自行火炮大系统之间存在密切的相互作用和影响,许多技术问题亟待解决。本文以“十二五”研究课题为背景,应用多体系统动力学、确定型优化、鲁棒优化、模糊数学、滑模控制等理论对某中口径自行火炮弹药自动装填系统设计及其关键技术问题进行了深入研究,为工程实际问题的解决提供理论支撑。本文的主要研究内容包括：(1)介绍了某中口径自行火炮弹药自动装填系统的结构形式、系统构成,简要叙述了各组件的功能、工作原理,系统地介绍了弹药自动装填系统的工作流程。分析了关键结构部件的动力学特性,在进行了相关的受控动力学分析基础上,提出传统自动装填系统设计存在的问题,并在后续章节中进行分析研究,为寻求若干行之有效的方法提供理论依据;(2)针对某中口径自行火炮自动装填系统协调器协调油缸驱动力大引起的冲击振动严重的问题,采用确定型多目标优化方法改善其响应性能。引入多目标优化模型,简要介绍了Pareto最优解的概念,概括和总结多目标优化问题的处理方法及多目标进化算法及工程优化设计实践中的注意事项。结合多目标进化算法,对自动装填系统中的协调器多目标多学科一体化设计优化问题进行了分析研究,优化后选择的偏好解使得原协调器系统具有更好的动力学响应性能；(3)针对确定型优化存在的问题,提出了参数区间不确定鲁棒优化技术,并应用于弹药自动装填系统协调器多学科优化问题。通过将参数区间变化从参数变差空间映射到目标和约束空间,得到了目标和约束性能退化估计,并作为原优化问题的附加约束,形成了外层——内层的优化结构。针对桁架结构不确定问题、机械臂结构优化问题以及双目标函数问题进行了对比研究,获得了理想的优化结果,并将该方法应用于某中口径火炮协调器系统的不确定优化问题,结果显示了参数区间不确定鲁棒优化方法能够很好的处理具有参数不确定的复杂工程问题；(4)考虑自动装填系统弹药舱PD控制的缺点,结合模糊变换方法,提出了一种强鲁棒性滑模控制策略。介绍了非奇异终端滑模变结构控制及全局快速滑模变结构控制理论,结合两者的非奇异特性与快速响应特性,利用模糊数学的方法,得到了模糊运动滑模变结构控制策略,基于斯坦福机器人模型进行了对比研究,获得了较优的控制性能。针对动态弹药舱控制系统,通过与传统的PD控制结果相比,该控制策略只需估计摄动及扰动的大小,提供简单的确定性物理模型,即可获得较优的控制性能；(5)研究了中大口径火炮输弹过程中存在影响弹丸在膛内的运动特性和火炮的射击精度的弹丸卡膛一致性问题。考虑输弹过程中的输弹力、卡膛速度、弹丸入膛过程中与身管内壁的接触碰撞等方面因素,建立了卡膛过程的动力学模型,对输弹力、卡膛速度、强制输弹距离和惯性输弹距离等参数与卡膛姿态的变化进行详细的分析研究,分析表明,采用变力输弹方式和降低输弹机安装位置等措施可以有效改善弹丸的卡膛一致性。