电磁轨道发射电枢运动过程建模及出口速度控制

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电磁发射技术作为一种在速度、射程、杀伤力、反应能力等诸多方面都具有革命性的新型发射技术,是新一代发射应用技术的发展方向。在电磁发射技术中,电枢出口速度控制是实现精确打击目标的重要环节。本文基于所建立的电磁发射系统仿真模型,研究了受控脉冲成型网络单元(Pulse Forming Network Unit,PFU)触发时刻与电枢出口速度之间的关系,在此基础上提出了基于PFU模块放电时序的电枢出口速度闭环控制方法,针对控制方法研制了闭环控制器,最后通过电枢出口速度闭环控制试验验证了所提控制方法的合理性。论文主要研究内容如下:首先,阐述了电枢出口速度控制在电磁发射技术中的重要性及其研究意义,介绍了电磁发射技术的发展历史以及目前国内外发展现状,并对当前电磁发射技术中电枢出口速度控制研究现状做了介绍。对电磁发射系统中的脉冲成形网络建立了电路模型,并对电枢的运动过程建立了动力学模型,在此基础上建立了电磁发射系统的仿真模型。其次,基于所建立的仿真模型,分析了额外补偿段和电枢出口速度、受控PFU模块触发时刻和电枢出口速度的关系,进而建立了速度变化量和受控PFU模块触发时刻之间的数学模型,在此基础上提出了基于PFU模块放电时序的电枢出口速度控制方法。再次,基于所建立的速度变化量和受控PFU模块触发时刻之间的数学模型,研制了电枢出口速度闭环控制器,通过低通滤波电路和高速比较器电路实现了对原始探针信号的滤波处理和方波转换。关于控制程序的软件实现提出了四个基本要求:确定零时刻、保证读取方波信号下降沿时刻的先后顺序、保证受控PFU模块实际触发时刻在电枢经过测速探针之后、确定受控PFU模块触发时刻的合理范围。最后,基于所提出的控制方法,进行了电枢出口速度开环控制试验和闭环控制试验,通过对试验数据对比分析,结果表明:本文提出的基于PFU模块放电时序的电枢出口速度控制方法可以提高电枢出口速度精度,当电枢出口速度平均值为944.4m/s时,电枢出口速度相对平均偏差为0.55%。
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