CN107529612B - 一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法，该方法包括：触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；在各自的触发时刻分别触发多个PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数。本发明实施例还公开了一种电磁轨道炮脉冲电源控制装置。通过该实施例方案，能够确定每个PFU模块组触发的模块数，从而可以精确控制电磁轨道炮发射过程的速度和电枢出膛速度。

Description

一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及电磁发射技术领域，尤指一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法和装置。

背景技术

电磁发射装置是利用电能为弹射提供推力的一类超高速发射装置，由于常用于军事用途，又俗称电炮。电炮分为电磁炮和电热炮，其中电磁炮又分为轨道炮、线圈炮和重接炮。其中，电磁轨道炮的原理是：其由两根相平行导轨和一个沿导轨轴线方向滑动的电枢组成，弹丸放置在电枢前面的导轨上形成闭合回路。导轨与脉冲电源相连接。当发射弹丸时，脉冲电源向一根导轨供电，经过电枢，流向另一根导轨。强大的电流流经两平行导轨，在两导轨间产生强大的、方向相反的线性磁场，并与电枢形成的第三个磁场相互作用，产生强大的电磁力。电磁力推动电枢和置于电枢前面的弹丸沿导轨加速运动，从而获得很高的初速度，弹丸沿导轨向外运动直到从炮口末端发射出去。和传统武器相比，电磁轨道炮具有很多优越性，例如速度大、射程远和威力大，并且可以通过电脑进行控制，实现了武器装备的信息化和智能化。但是，如何精确控制电磁轨道炮发射过程的速度成为目前需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法和装置，能够精确控制电磁轨道炮发射过程的速度和电枢出膛速度。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法，该方法包括：

触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；

在各自的触发时刻分别触发多个PFU模块组中除第一组PFU模块组之外的其他PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数。

可选地，该方法还包括：计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持匀加速直线运动所需的导轨平均电流I。

可选地，计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持匀加速直线运动所需的导轨平均电流I包括：

根据以下数据及匀加速直线运动公式计算等效加速度a和导轨平均电流I：

目标出膛速度v_p、轨道长度s、轨道电感梯度L’以及电枢质量m；

匀加速直线运动公式包括：

v²＝2as，

其中，v为电枢进行匀加速直线运动时的速度。

可选地，目标出膛速度v_p包括：1500～2000m/s。

可选地，该方法还包括：根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low；

根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low包括：

将预先设定的导轨电流波动幅度ε，分别代入下述的计算等式中计算导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low：

I_high＝(1+ε)I

I_low＝(1-ε)I。

可选地，导轨电流波动幅度包括：0.15。

可选地，该方法还包括：预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻；

预先计算出除所述第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻包括：

71、触发第k组PFU模块组中的h个PFU模块；其中，k、h均为正整数，k的初始值为2，h的初始值为1；h个PFU模块是能够使第k组PFU模块组的导轨电流在满足预设的导轨电流最高阈值I_max约束的前提下达到最大可能值的PFU模块数；触发第1组PFU模块组时的时刻记录为0；

72、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到导轨电流降低至预设的导轨电流最低阈值I_min的时刻，并记录该时刻为第一时刻；

73、将第一时刻作为下一组PFU模块组的触发时刻，并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组；如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤74；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤71；

74、退出流程；

对于每个PFU模块组，预设的触发要求包括：

该PFU模块组中触发的PFU模块个数n，能够使得电枢在该PFU模块组的驱动下运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻的运动速度，与该时刻所处位置对应的预期速度之间的相对误差为绝对值最小的误差。

可选地，根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数包括：

81、触发第x组PFU模块组中的y个PFU模块；其中，x、y均为正整数，x的初始值为2，y的初始值为1；

82、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻，并计算该时刻下电枢的运动速度与预期速度之间的相对误差；

83、判断相对误差是否为绝对值最小的误差；如果判断结果为是绝对值最小的误差，则将y个PFU模块作为与第x组PFU模块组对应的在电枢运动过程中应该触发的PFU模块的个数；并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组，如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤84；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤81；如果判断结果为不是绝对值最小的误差，则将y+1，返回步骤81；

84、退出流程。

可选地，该方法还包括：将第一组PFU模块组中包含的全部PFU模块的个数作为第一组PFU模块组中需要触发的PFU模块数。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例还提供了一种电磁轨道炮脉冲电源控制装置，该装置包括：驱动模块和获取模块；

驱动模块，用于触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；

获取模块，用于在各自的触发时刻分别触发多个PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数。

可选地，该装置还包括：计算模块；

计算模块，用于计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持匀加速直线运动所需的导轨平均电流I。

可选地，计算模块计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持匀加速直线运动所需的导轨平均电流I包括：

根据以下数据及匀加速直线运动公式计算等效加速度a和导轨平均电流I：

目标出膛速度v_p、轨道长度s、轨道电感梯度L’以及电枢质量m；

匀加速直线运动公式包括：

v²＝2as，

其中，v为电枢进行匀加速直线运动时的速度。

可选地，目标出膛速度v_p包括：1500～2000m/s。

可选地，计算模块还用于：根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low；

计算模块根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low包括：

将预先设定的导轨电流波动幅度ε，分别代入下述的计算等式中计算导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low：

I_high＝(1+ε)I

I_low＝(1-ε)I。

可选地，导轨电流波动幅度包括：0.15。

可选地，计算模块还用于：预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻；

计算模块预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻包括：

71、触发第k组PFU模块组中的h个PFU模块；其中，k、h均为正整数，k的初始值为2，h的初始值为1；h个PFU模块是能够使第k组PFU模块组的导轨电流在满足预设的导轨电流最高阈值I_max约束的前提下达到最大可能值的PFU模块数；触发第1组PFU模块组时的时刻记录为0；

72、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到导轨电流降低至预设的导轨电流最低阈值I_min的时刻，并记录该时刻为第一时刻；

73、将第一时刻作为下一组PFU模块组的触发时刻，并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组；如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤74；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤71；

74、退出流程；

对于每个PFU模块组，预设的触发要求包括：

该PFU模块组中触发的PFU模块个数n，能够使得电枢在该PFU模块组的驱动下运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻的运动速度，与该时刻所处位置对应的预期速度之间的相对误差为绝对值最小的误差。

可选地，获取模块根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数包括：

81、触发第x组PFU模块组中的y个PFU模块；其中，x、y均为正整数，x的初始值为2，y的初始值为1；

82、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻，并计算该时刻下电枢的运动速度与预期速度之间的相对误差；

83、判断相对误差是否为绝对值最小的误差；如果判断结果为是绝对值最小的误差，则将y个PFU模块作为与第x组PFU模块组对应的在电枢运动过程中应该触发的PFU模块的个数；并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组，如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤84；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤81；如果判断结果为不是绝对值最小的误差，则将y+1，返回步骤81；

84、退出流程。

可选地，该方法还包括：将第一组PFU模块组中包含的全部PFU模块的个数作为第一组PFU模块组中需要触发的PFU模块数。

本发明实施例包括：触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；在触发时刻分别触发多个PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数。通过该实施例方案，能够确定每个PFU模块组触发的模块数，从而可以精确控制电磁轨道炮发射过程的速度和电枢出膛速度。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。

图1为本发明实施例的电磁轨道炮脉冲电源控制方法流程图；

图2为当前电磁轨道炮的基本结构示意图；

图3为本发明实施例的PFU模块等效电路；

图4为本发明实施例的电磁炮负载侧的等效电路拓扑；

图5为本发明实施例的第二组PFU模块组中触发不同的PFU模块数时导轨峰值电流与导轨电流最高阈值I_max的关系示意图；

图6为本发明实施例的导轨电流下降至I_min时触发第二组PFU模块组示意图；

图7为本发明实施例的导轨电流下降至I_min时触发各组PFU模块组时导轨电流波形示意图；

图8为本发明实施例的基于图7方案的电枢速度波形示意图；

图9为本发明实施例的根据预设的触发要求获取每个PFU模块组在电磁轨道炮实际发射中需要触发的PFU模块数n的方法流程图；

图10为本发明实施例的第二组PFU模块组中触发不同PFU模块数时电枢速度对比示意图；

图11为本发明实施例的触发策略与目前触发策略的导轨电流波形对比示意图；

图12为本发明实施例的触发策略与目前触发策略的电枢速度波形对比示意图；

图13为本发明实施例的触发策略控制下的电枢出膛速度误差示意图；

图14为本发明实施例的电磁轨道炮脉冲电源控制装置结构示意图；

图15为本发明实施例的电磁轨道炮脉冲电源控制装置组成框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法，如图1所示，该方法可以包括S101-S102：

S101、触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动。

在本发明实施例中，为了获取电磁轨道炮脉冲电源触发策略，使得多个相互并联的PFU模块组中的任何一个PFU模块组能够在合适的时机被触发，并能够触发每个PFU模块组中合适的PFU模块个数，从而达到通过对电源的触发控制实现精确控制电枢出膛速度的目的。

在本发明实施例中，可以通过实验或模拟等多种方式实现本发明实施例方案，下面主要以模拟方式为例介绍本发明实施例方案。

在本发明实施例中，可以先使模拟电枢运动起来，并且可以将电枢开始运动的时刻视为零时刻，开始运动的起点视为零位移，开始时需要从零时刻零位移处驱动电枢进行运动，在此之前，需要先计算出驱动电枢进行运动时所需的导轨平均电流I。

可选地，该方法还包括：计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持该匀加速直线运动所需的导轨平均电流I。

在本发明实施例中，为了便于计算可以将电枢的运动等效为匀加速直线运动，在其它实施例中也可以将电枢的运动等效为其他运动形式，以计算出导轨平均电流I，本发明实施例中对于其具体计算方法不做限制。

可选地，计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持所述匀加速直线运动所需的导轨平均电流I包括：根据以下数据及匀加速直线运动公式计算等效加速度a和导轨平均电流I：目标出膛速度v_p、轨道长度s、轨道电感梯度L’以及电枢质量m。

在本发明实施例中，可以预先根据硬件配置情况以及电源配置情况等自定义电枢的目标出膛速度v_p。例如，目标出膛速度v_p可以依据表1所示的系统参数进行定义，可选地，该目标出膛速度v_p可以包括：1500～2000m/s。轨道长度s、轨道电感梯度L’以及电枢质量m是在电磁轨道的硬件配置已定的情况下确定的，可以根据不同的应用场景来预先配置，对于其具体数值不做限制。

可选地，匀加速直线运动公式可以包括：v²＝2as；其中，v为电枢进行匀加速直线运动时的速度。

在本发明实施例中，将上述数据(目标出膛速度v_p、轨道长度s、轨道电感梯度L’以及电枢质量m)代入匀加速直线运动公式可以计算出电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持该匀加速直线运动所需的导轨平均电流I。其中，目标出膛速度v_p可以选择2000m/s。

在本发明实施例中，将表1中的v_p、s、L’和m的具体数值带入上述公式之中，得到导轨平均电流I＝417.4kA，等效加速度a＝333.3km/s。

表1

在本发明实施例中，计算出等效加速度a以后，可以根据该等效加速度a计算出电枢在每个时刻或位置的预期速度。具体计算仍可以通过上述的匀加速直线运动公式实现。

可选地，该方法还可以包括：根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low；

根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low包括：

将预先设定的导轨电流波动幅度ε，分别代入下述的计算等式中计算导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low：

I_high＝(1+ε)I

I_low＝(1-ε)I。

在本发明实施例中，该预先设定的导轨电流波动幅度ε可以根据不同的应用场景自行定义，对于其具体数值不做限制。

可选地，导轨电流波动幅度可以包括：0.15、0.16、0.17等。

在本发明实施例中，当导轨电流波动幅度为0.15时，根据上述方案得到的等效电流I，可获得导轨电流上限值I_high为480kA，导轨电流下限值I_low为354.79kA。

S102、在各自的触发时刻分别触发多个PFU模块组中除第一组PFU模块组之外的其他PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数。

在本发明实施例中，给电磁轨道炮供电的脉冲电源分为电感储能型、电机储能型和电容储能型。电机储能型脉冲电源能量密度大；电感储能型脉冲电源的功率密度较高，但在能量控制过程中，需要进行大电流的换流，所以对通流能力要求较高；电容储能型脉冲电源在这三种储能方式中能量密度最低，但具有发展相对全面成熟，结构相对简单的特点，目前使用电容储能型脉冲电源较为广泛，是工程应用的主要电源方案之一。

在本发明实施例中，为了更方便的研究电磁轨道炮的各项性能，采用一种已经验证其较高准确性的电容储能型电磁轨道炮电路模型，图2为其基本结构示意图，左侧脉冲电源由多个PFU模块并联组成，单个PFU模块等效电路如图3所示，其中S为触发控制开关，C为储能电容，L为脉冲形成电感，R为PFU电阻之和。右侧为轨道炮负载，其等效电路拓扑如图4所示，图中L_r为导轨电感，R_r为导轨电阻，R_c为导轨与电枢间接触电阻，R_VSEC1为导轨接触速度趋肤效应电阻，R_VSEC2为电枢接触速度趋肤效应电阻，R_a为电枢电阻，R_p为炮口熄弧电阻，u_EMF为电枢动生电动势。

可选地，对于每个PFU模块组，预设的触发要求可以包括：

该PFU模块组中触发的PFU模块个数n，能够使得电枢在该PFU模块组的驱动下运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻的运动速度，与该时刻所处位置对应的预期速度之间的相对误差为绝对值最小的误差。

在本发明实施例中，本发明实施例方案为了确保电枢出膛速度的精确性，其触发原则包括以下两点：(1)每组触发的模块个数能够使得该段PFU触发之后的导轨电流峰值，在满足导轨电流最高阈值I_max约束的前提下，达到最大可能值。(2)每组触发的时刻为导轨电流降低至导轨电流最低阈值I_min的时刻；其中，第一组PFU模块组的触发时刻默认为0时刻。

在本发明实施例中，目前存在的电磁轨道炮脉冲电源触发策略是提前设置导轨电流最高阈值I_max(如800kA)和导轨电流最低阈值I_min(如700kA)以及如表1所示的其他参数。第一组PFU模块组在零时刻零位移处触发，循环触发模块数从1到最大，触发模块数使得导轨峰值电流尽可能接近I_max。如图5所示，当第一组触发13个PFU模块时(线1)，导轨电流峰值离I_max(线2)还有一定空间，当触发14个PFU模块时，导轨电流波形(线3)紧贴并且不超过I_max，但是如果再多触发一个PFU模块，导轨电流峰值(线4)超过I_max，故第一组触发14个PFU模块。

在本发明实施例中，如图6所示，当导轨电流下降至I_max(点划线)时，触发第二组PFU模块，本组PFU模块触发个数为使得导轨电流峰值不超过但是尽可能接近I_max的个数。后面几组PFU模块的触发时刻和触发组数均以此类推，直至出膛。得到触发策略如表2所示，导轨电流波形如图7所示，电枢速度波形如图8所示。需要注意的是由于PFU模块总数有限，最后一组触发完了所有剩下的PFU模块，但是导轨电流峰值都无法接近I_max。

触发顺序	1	2	3	4	5	6
							触发时刻/ms	0	1.099	2.047	3.121	4.064	5.211
触发模块数	9	3	4	4	6	6

表2

在本发明实施例中，上述方案具有计算速度快和其能够使导轨电流波形呈近似平顶波的特点；但是在该策略下速度为导出量，无法实现电枢出膛速度的控制。为精准命中目标，电磁轨道炮的出膛速度控制至关重要，目前关于不同速度需求下，脉冲电源触发时序的自动设置研究较为缺乏。在此发射前自动计算脉冲电源触发时序方法基础之上进行适当调整，即可实现对于电磁轨道炮的速度控制。

在本发明实施例中，由于上述方案具有计算速度快和其能够使导轨电流波形呈近似平顶波的特点，本发明实施例可以充分利用这一特点采用该方案预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻。

在本发明实施例中，预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻可以包括S201-S204：

S201、触发第k组PFU模块组中的h个PFU模块；其中，k、h均为正整数；该h个PFU模块是能够使第k组PFU模块组的导轨电流在满足预设的导轨电流最高阈值I_max约束的前提下达到最大可能值的PFU模块数；触发第1组PFU模块组时的时刻记录为0；

S202、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到导轨电流降低至预设的导轨电流最低阈值I_min的时刻，并记录该时刻为第一时刻；

S203、将该第一时刻作为下一组PFU模块组的触发时刻，并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组；如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤S204；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤S201；

S204、退出流程。

在本发明实施例中，通过上述步骤，便可以预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻，根据该触发时刻对每一组PFU模块组进行触发能够使导轨电流波形呈近似平顶波的特点。在本发明实施例中，在上述方案中计算出的触发时刻的基础上，再根据基于导轨平均电流I计算出的运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low，获取每个PFU模块组中需要触发的PFU模块数n，并基于该PFU模块数n和上述的触发时刻对每一组PFU模块组进行触发，便能够克服前述缺陷，并可实现不同电枢出膛速度需求下的触发时序自动设置。

在本发明实施例中，基于上述原则，可以通过下述实施例方案确定出每个PFU模块组在电磁轨道炮实际发射中需要触发的PFU模块数n。

可选地，该方法还包括：将第一组PFU模块组中包含的全部PFU模块的个数作为第一组PFU模块组中需要触发的PFU模块数。

在本发明实施例中，该实施例方案在初始驱动电枢时可以触发第一组PFU模块组中包含的全部PFU模块。

可选地，如图9所示，根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数可以包括S301-S304：

S301、触发第x组PFU模块组中的y个PFU模块；其中，x、y均为正整数，x的初始值为2，y的初始值为1；

S302、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻，并计算该时刻下电枢的运动速度与预期速度之间的相对误差；

S303、判断相对误差是否为绝对值最小的误差；如果判断结果为是绝对值最小的误差，则将y个PFU模块作为与第x组PFU模块组对应的在电枢运动过程中应该触发的PFU模块的个数；并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组，如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤S304；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤S301；如果判断结果为不是绝对值最小的误差，则将y+1，返回步骤S301；

S304、退出流程。

在本发明实施例中，电源组的触发策略是：各组PFU模块组的触发时刻不变(具体出发时刻的确定可以参考前述内容)和第一组PFU模块组中的触发PFU模块个数不变，调整第二组PFU模块组到最后一组PFU模块组中所需触发的模块的个数，从而保证电枢的出膛速度。其中，以步骤S101中得到的等效匀加速直线运动过程中到每个位置或时刻的电枢运动速度作为电枢预期速度。

在本发明实施例中，下面以第二组PFU模块组为例介绍该组中PFU模块个数的调整方法：第二组PFU模块组触发个数从1逐渐增大，并在每种触发个数下分别模拟电枢运动过程，并在到达根据上述内容计算出的第三组PFU模块组的触发时刻时可以计算当前电枢运动的距离，并根据该距离以及上述的等效匀加速直线运动计算出运动该段距离应该达到的速度，并计算出的该速度值作为运动到第三组PFU模块组的触发时刻的预期速度。当电枢在第二组PFU模块组的h个模块的驱动下运动到第三组PFU模块组的触发时刻时，将此时电枢的运动速度与所述的预期速度相比较，确定此时电枢的运动速度与所述的预期速度之间的相对误差是否为绝对值最小的误差；当判断结果为是时，则可以将该个数h作为第二组PFU模块组在电枢实际运动过程中应该触发的PFU模块的个数，其中h为正整数。然后触发第三组PFU模块组，并且同理，第三组PFU模块组触发个数从1逐渐增大，以确定出第三组PFU模块组在电枢实际运动过程中应该触发的PFU模块的个数，其他PFU模块组的操作方法与此相同，不再一一赘述。

下面将通过具体数据说明本发明实施例方案。

在本发明实施例中，第一组PFU模块组在零时刻零位移处触发，触发全部9个PFU模块。在仿真中，电枢在第一组PFU模块组的9个PFU模块的驱动下运动。第二组PFU模块组的触发时刻为1.099ms，在第1.099ms触发第二组PFU模块组，并分别进行多次模拟，触发第二组PFU模块组中不同的PFU模块数。进一步地，需要计算触发第二组PFU模块组中不同的PFU模块数时电枢运动速度与预期速度(682.27m/)之间的相对误差，如表3所示，为第二组PFU模块组中不同的PFU模块触发个数下对应的不同的相对速度误差，如图10为电枢速度对比图像。如果第二组触发PFU模块的个数为3(图中线1)，相对误差为负，说明脉冲电源提供的能量不够，需要触发更多的PFU模块；如果第二组触发PFU模块的个数为4(图中线2)，相对误差绝对值减小，但相对误差依旧为负；继续增多触发模块数，触发5个PFU模块(图中线3)，相对误差为正；如果触发6个PFU模块(图中线4)，该相对误差增大。在仿真中，当相对误差为正时就不再增多PFU模块个数。故从上述分析可知，第二组PFU模块组中触发5个PFU模块时，当电枢运动到第三组PFU模块组的触发时刻，此时的电枢速度与预期速度之间的相对误差的绝对值最小，所以选择调节第二组PFU模块组中触发PFU模块数为5。

在本发明实施例中，此时电枢在第二组PFU模块组的5个PFU模块的驱动下运动，第三组PFU模块组的触发时刻为2.047S，在第2.047S触发第三组PFU模块组，并分别进行多次模拟，触发第三组PFU模块组中不同的PFU模块数，依据上述方法模拟出第三组PFU模块组中需要触发的PFU模块数。以此类推，可以分别获取每一组PFU模块组中需要触发的PFU模块数。

表3

在本发明实施例中，后面几组PFU模块组均根据上述实施例方案进行模拟，便可以获得表4所示的PFU模块组的触发策略。

触发顺序	1	2	3	4	5	6
							触发时刻/ms	0	1.099	2.047	3.121	4.064	5.211
触发模块数	9	5	2	5	7	4

表4

在本发明实施例中，图11为三者电流波形对比图，图12为三者电枢速度波形对比图，图中线1为等效的匀加速直线运动，线2为进行触发模块个数调整前粗略的触发策略，线3为进行触发模块个数调整后精确的触发策略。可以从电枢速度波形图中看出，对触发模块数进行调整后，电枢运动状态与匀加速直线运动运动贴合，说明电枢的速度受到了控制。在精确的触发策略之下的出膛速度为1.994km/s，出膛速度误差减小至-0.302％，速度控制效果较为准确。

在本发明实施例中，为验证此方法在设置不同目标出膛速度的情况下依旧可行，扫描出膛速度1500～2000m/s，步长取100m/s，得到该方案可控制出膛速度误差图像为图13，其变化范围在-0.6％至0.75％之间，总体而言在正负1％之内，速度控制较为精确。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例还提供了一种电磁轨道炮脉冲电源控制装置1，需要说明的是，上述的方法实施例中的任何实施例均适用于该装置实施例中，在此不再一一赘述。如图14、图15所示，该装置可以包括：驱动模块11和获取模块12；

驱动模块11，用于触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；

获取模块12，用于在各自的触发时刻分别触发多个PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数。

可选地，该装置还包括：计算模块13；

计算模块13，用于计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持匀加速直线运动所需的导轨平均电流I。

可选地，计算模块13计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持匀加速直线运动所需的导轨平均电流I包括：

根据以下数据及匀加速直线运动公式计算等效加速度a和导轨平均电流I：

目标出膛速度v_p、轨道长度s、轨道电感梯度L’以及电枢质量m；

匀加速直线运动公式包括：

v²＝2as，

其中，v为电枢进行匀加速直线运动时的速度。

可选地，目标出膛速度v_p包括：1500～2000m/s。

可选地，计算模块13还用于：根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low；

计算模块根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low包括：

将预先设定的导轨电流波动幅度ε，分别代入下述的计算等式中计算导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low：

I_high＝(1+ε)I

I_low＝(1-ε)I。

可选地，导轨电流波动幅度包括：0.15。

可选地，计算模块还用于：预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻；

计算模块预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻包括：

71、触发第k组PFU模块组中的h个PFU模块；其中，k、h均为正整数，k的初始值为2，h的初始值为1；h个PFU模块是能够使第k组PFU模块组的导轨电流在满足预设的导轨电流最高阈值I_max约束的前提下达到最大可能值的PFU模块数；触发第1组PFU模块组时的时刻记录为0；

72、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到导轨电流降低至预设的导轨电流最低阈值I_min的时刻，并记录该时刻为第一时刻；

73、将第一时刻作为下一组PFU模块组的触发时刻，并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组；如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤74；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤71；

74、退出流程。

对于每个PFU模块组，预设的触发要求包括：

该PFU模块组中触发的PFU模块个数n，能够使得电枢在该PFU模块组的驱动下运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻的运动速度，与该时刻所处位置对应的预期速度之间的相对误差为绝对值最小的误差。

可选地，获取模块12根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数包括：

81、触发第x组PFU模块组中的y个PFU模块；其中，x、y均为正整数，x的初始值为2，y的初始值为1；

82、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻，并计算该时刻下电枢的运动速度与预期速度之间的相对误差；

83、判断相对误差是否为绝对值最小的误差；如果判断结果为是绝对值最小的误差，则将y个PFU模块作为与第x组PFU模块组对应的在电枢运动过程中应该触发的PFU模块的个数；并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组，如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤84；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤81；如果判断结果为不是绝对值最小的误差，则将y+1，返回步骤81；

84、退出流程。

可选地，该方法还包括：将第一组PFU模块组中包含的全部PFU模块的个数作为第一组PFU模块组中需要触发的PFU模块数。

本发明实施例包括：触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；在触发时刻分别触发多个PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数。通过该实施例方案，能够确定每个PFU模块组触发的模块数，从而可以精确控制电磁轨道炮发射过程的速度和电枢出膛速度。

虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种电磁轨道炮脉冲电源控制方法，其特征在于，所述方法包括：

触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；

在各自的触发时刻分别触发多个所述PFU模块组中除所述第一组PFU模块组之外的其他PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定所述其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数；

计算所述电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持所述匀加速直线运动所需的导轨平均电流I；

根据所述导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low；

预先计算出除所述第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻；

其中，所述根据所述导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low包括：

将预先设定的导轨电流波动幅度ε，分别代入下述的计算等式中计算所述导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low：

I_high＝(1+ε)I

I_low＝(1-ε)I；

所述预先计算出除所述第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻包括：

11、触发第k组PFU模块组中的h个PFU模块；其中，k、h均为正整数，k的初始值为2，h的初始值为1；所述h个PFU模块是能够使第k组PFU模块组的导轨电流在满足预设的导轨电流最高阈值I_max约束的前提下达到最大可能值的PFU模块数；触发第1组PFU模块组时的时刻记录为0；

12、在已触发的PFU模块的驱动下，使所述电枢运动到导轨电流降低至所述预设的导轨电流最低阈值I_min的时刻，并记录该时刻为第一时刻；

13、将所述第一时刻作为下一组PFU模块组的触发时刻，并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组；如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤14；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将k+1，返回步骤11；

14、退出流程；

对于每个PFU模块组，所述预设的触发要求包括：

该PFU模块组中触发的PFU模块个数n，能够使得所述电枢在该PFU模块组的驱动下运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻的运动速度，与该时刻所处位置对应的预期速度之间的相对误差为绝对值最小的误差。

2.如权利要求1所述的电磁轨道炮脉冲电源控制方法，其特征在于，所述计算所述电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持所述匀加速直线运动所需的导轨平均电流I包括：

根据以下数据及匀加速直线运动公式计算等效加速度a和导轨平均电流I：

目标出膛速度v_p、轨道长度s、轨道电感梯度L’以及电枢质量m；

所述匀加速直线运动公式包括：

v²＝2as，

其中，v为所述电枢进行匀加速直线运动时的速度。

3.如权利要求2所述的电磁轨道炮脉冲电源控制方法，其特征在于，所述目标出膛速度v_p为：1500～2000m/s。

4.如权利要求1所述的电磁轨道炮脉冲电源控制方法，其特征在于，所述导轨电流波动幅度为：0.15。

5.如权利要求1所述的电磁轨道炮脉冲电源控制方法，其特征在于，所述根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数包括：

51、触发第x组PFU模块组中的y个PFU模块；其中，x、y均为正整数，x的初始值为2，y的初始值为1；

52、在已触发的PFU模块的驱动下，使所述电枢运动到所述预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻，并计算该时刻下所述电枢的运动速度与预期速度之间的相对误差；

53、判断所述相对误差是否为绝对值最小的误差；如果判断结果为是绝对值最小的误差，则将所述y个PFU模块作为与所述第x组PFU模块组对应的在所述电枢运动过程中应该触发的PFU模块的个数；并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组，如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤54；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将x+1，返回步骤51；如果判断结果为不是绝对值最小的误差，则将y+1，返回步骤81；

54、退出流程。

6.如权利要求5所述的电磁轨道炮脉冲电源控制方法，其特征在于，所述方法还包括：将第一组PFU模块组中包含的全部PFU模块的个数作为所述第一组PFU模块组中需要触发的PFU模块数。

7.一种电磁轨道炮脉冲电源控制装置，其特征在于，所述装置包括：驱动模块、获取模块和计算模块；

所述驱动模块，用于触发预设的脉冲电源中的多个相互并联的脉冲功率单元PFU模块组中的第一组PFU模块组，使电枢开始运动；

所述获取模块，用于在各自的触发时刻分别触发多个所述PFU模块组，并根据预设的触发要求分别确定其他PFU模块组中每个PFU模块组在电磁轨道炮发射中需要触发的PFU模块数；

所述计算模块，用于计算电枢做匀加速直线运动时的等效加速度a以及维持匀加速直线运动所需的导轨平均电流I；根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low；预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻；

其中，所述计算模块根据导轨平均电流I计算运动期间导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low包括：

将预先设定的导轨电流波动幅度ε，分别代入下述的计算等式中计算导轨电流上限值I_high和导轨电流下限值I_low：

I_high＝(1+ε)I

I_low＝(1-ε)I；

所述计算模块预先计算出除第一组PFU模块组之外的每一组PFU模块组的触发时刻包括：

71、触发第k组PFU模块组中的h个PFU模块；其中，k、h均为正整数，k的初始值为2，h的初始值为1；h个PFU模块是能够使第k组PFU模块组的导轨电流在满足预设的导轨电流最高阈值I_max约束的前提下达到最大可能值的PFU模块数；触发第1组PFU模块组时的时刻记录为0；

72、在已触发的PFU模块的驱动下，使电枢运动到导轨电流降低至预设的导轨电流最低阈值I_min的时刻，并记录该时刻为第一时刻；

73、将第一时刻作为下一组PFU模块组的触发时刻，并判断当前触发的PFU模块组是否为最后一组PFU模块组；如果判断结果为是最后一组PFU模块组，则进入步骤74；如果判断结果为不是最后一组PFU模块组，则将k+1，返回步骤71；

74、退出流程；

对于每个PFU模块组，预设的触发要求包括：

该PFU模块组中触发的PFU模块个数n，能够使得电枢在该PFU模块组的驱动下运动到预先计算出的下一组PFU模块组的触发时刻的运动速度，与该时刻所处位置对应的预期速度之间的相对误差为绝对值最小的误差。