火炮作为一种复杂的机电液系统,其发射过程伴随着复杂的相对运动、接触碰撞、磨损烧蚀等具有参数非线性、结构超静定特征的物理化学现象。这些现象通常难以利用常规建模方法准确描述,而系统辨识理论为解决上述难题提供了一条有效途径。本文以此为研究背景,结合"XXX时变力学理论研究"和"XXX传递规律理论研究"两个国防"973 "项目,对火炮典型机构的动力学建模与参数辨识进行了系统性研究,主要内容包括:(1)建立了由活门式制退机、浮动活塞式复进机、短节制杆式制退复进机、液压式纵动开闩机构、横动式开闩机构、扭杆平衡机等火炮典型机构抽象出的两自由度发射机构动力学模型,深入研究了参数线性结构静定、参数线性结构超静定、参数非线性结构静定和参数非线性结构超静定四类发射机构动力学参数辨识问题。利用最小二乘衍生算法辨识出了有色噪声干扰下参数线性结构超静定发射机构的刚度与阻尼;引入有限数据窗或基函数拟合概念,利用最小二乘法有效地辨识出了有色噪声干扰下参数非线性结构静定发射机构的阻尼;并在上述辨识概念基础上,通过合理设定待辨识参数搜索空间,使用遗传算法和粒子群算法,辨识出了参数非线性结构超静定发射机构的刚度与阻尼,有效地避免了最小二乘法目标函数与参数边界不可控的缺点;定量描述了动力学模型中运动非线性项,并结合参数辨识基本原理得出不能忽略运动非线性项的结论。(2)分析了火炮机构动力学参数测试测试中所使用的激光位移传感器、压电加速度传感器和压电式压力传感器的测试原理与测试误差,设计了用以减少测试误差的激光位移传感器安装夹具和加速度传感器固定装置。从测试器材、测试环境及实践操作三大方面,讨论了高速摄影机、光学镜头、光线传输、振动冲击、摄影光位、曝光时间和坐标标定等因素对高速摄影系统测试误差造成的影响,并提出了一种使用动静标记点来减少误差的图像后处理方法,成功地将5级自然风速条件下的测试误差由4mm减少至0.02mm;设计了火炮身管标定装置,有效地提高了火炮身管轴线、标记自身轴线和跟踪坐标轴线的三线重合度,减少了坐标标定因素对测试精度的影响。(3)对火炮大位移运动发射机构的动力学建模与参数辨识问题进行了深入研究,提出以多重约束边界条件代替原有全约束边界条件的建模思想。构建了大位移运动发射机构模拟装置的偏心驱动等效物理模型,结合模拟装置动力学参数测试研究,合理设定等效物理模型待辨识参数的搜索空间,最后运用遗传算法辨识出了等效物理模型的未知参数。将驱动器储气室氮气驱动做功过程近似处理为气体绝热膨胀过程,利用变步长微分求解方法数值计算出了相关物理参数,并对偏心驱动作用下模拟装置的功能关系进行了定量评估。(4)将挤进阻力与挤进速度之间的函数关系近似表征为挤进阻力与应变率之间的映射关系,通过基于球面成像原理的火炮坡膛检测装置和基于激光三角测距原理的火炮坡膛检测装置精确测绘了待研究火炮坡膛与弹带的实际结构尺寸,在区别有膛线直膛、有膛线坡膛和无膛线坡膛三部分挤进特性的基础上,提出了综合考虑材料动力学行为及坡膛与弹带结构的挤进阻力建模方法。结合该火炮弹带挤进动力学测试结果,通过合理设定目标函数与参数区间,利用遗传算法辨识出了挤进阻力模型的参数。通过对比由该挤进阻力模型计算出的其余四种发射工况下的挤进阻力与有限元数值模拟的挤进阻力,进一步验证了该挤进阻力模型的适用性。