CN109959298B - 电磁线圈的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电磁线圈的控制方法及装置，属于电磁炮技术领域；其中，所述电磁线圈的控制方法，包括：检测发射物的位置；根据所述发射物的位置，导通电磁线圈以产生电磁力，基于所述电磁力推动所述发射物加速前进。对电磁线圈进行导通以产生电磁力得到方式，实现发射物加速前进，将发射物加速至需要的发射速度，其电磁转换效率比较高，实用性较好。

Description

电磁线圈的控制方法及装置

技术领域

本申请涉及电磁炮技术领域，例如涉及电磁线圈的控制方法及装置。

背景技术

目前，采用电磁驱动技术进行灭火弹发射，对高层建筑及森林火灾的进行扑救，其可靠性高、发射性能稳定、装置成本低等多种优点。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：电磁炮发射的初始发力较大，作用力瞬间作用于于发射物上，对发射物的外壳材料及结构设计要求较高。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种电磁线圈的控制方法。

在一些实施例中，所述方法包括：

检测发射物的位置；

根据所述发射物的位置，导通电磁线圈以产生电磁力，基于所述电磁力推动所述发射物加速前进。

本公开实施例提供了一种电磁线圈的控制装置。

在一些实施例中，所述装置包括：

位置检测器件，被配置为：检测发射物的位置；和

控制单元，被配置为：根据所述发射物的位置，导通电磁线圈以产生电磁力，基于所述电磁力推动所述发射物加速前进。

本公开实施例提供了一种电磁炮。

在一些实施例中，所述电磁炮包括：包含上述的电磁线圈的控制装置。

本公开实施例提供了一种电子设备。

在一些实施例中，所述电子设备包括：

至少一个处理器；和

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行上述的电磁线圈的控制方法。

本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质。

在一些实施例中，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述的电磁线圈的控制方法。

本公开实施例提供了一种计算机程序产品。

在一些实施例中，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述的电磁线圈的控制方法。

本公开实施例提供的一些技术方案可以实现以下技术效果：根据检测的发射物的位置，导通电磁线圈，给电磁线圈放电，瞬间产生强大电流，电磁线圈产生强大的电磁力，推动发射物加速前进。具有电磁转换效率高，发射动能平衡、稳定的优点。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一种电磁线圈的控制方法流程示意图；

图2是本公开实施例提供的一种电磁炮灭火装置整体示意图；

图3本公开实施例提供的一种电磁炮示意图；

图4本公开实施例提供的一种灭火弹出炮筒后的运动轨迹示意图；

图5本公开实施例提供的灭火弹在炮管内的匀加速运动示意图；以及

图6是本公开实施例提供的电子设备的结构示意图。

附图标记：1、电磁线圈；2、发射物；3、电磁炮；4、平板电磁启动线圈；5、炮管；6、线圈固定架；7、瞄准与测量组件；8、碳纤维管；100、处理器；101、存储器；102、通信接口；103、总线。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例提供了一种电磁线圈的控制方法，如图1所示，包括：

S101.检测发射物的位置；

S102.根据所述发射物的位置，导通电磁线圈以产生电磁力，所述电磁力推动所述发射物加速前进。

在一些实施例中，还包括：控制所述电磁线圈断电。

在一些实施例中，所述电磁线圈，被设置为两个以上。

在一些实施例中，所述控制所述电磁线圈断电，包括：控制各所述电磁线圈依次导通后断电。

在一些实施例中，所述控制各所述电磁线圈依次导通后断电，包括：

控制各所述电磁线圈沿所述发射物的发射方向，依次导通后断电。

发射物前进时，根据自身所处于电磁线圈的不同位置信息，各控制电磁线圈依次导通后断电；导通电磁线圈，给电磁线圈放电，瞬间产生强大电流，电磁线圈产生强大的电磁力，电磁力推动发射物加速前进；断开电磁线圈，不产生电磁力，防止发射物在驶离电磁线圈时因电磁耦合作用产生反向的电磁拉力，而抵消了前进的动力，影响发射物向前运动。依次对两个以上的电磁线圈进行导通后断电的分段分时方式，实现发射物逐步加速，将发射物加速至需要的发射速度，其电磁转换效率较高、发射动能平衡稳定、实用性较好。

本公开实施例提供了一种电磁线圈的控制装置，包括：

位置检测器件，被配置为：检测发射物的位置；和

控制单元，被配置为：根据所述发射物的位置，导通电磁线圈以产生电磁力，所述电磁力推动所述发射物加速前进。

在一些实施例中，所述控制单元还被配置为：控制所述电磁线圈断电。

在一些实施例中，所述电磁线圈，被设置为两个以上。

在一些实施例中，所述控制单元，还被设置为：控制各所述电磁线圈依次导通后断电。

在一些实施例中，所述控制单元，还被设置为：控制各所述电磁线圈沿所述发射物的发射方向，依次导通后断电。

在各电磁线圈的不同位置设置位置检测器件，对发射物的位置进行检测；设置两个以上的电磁线圈，各控制单元根据发射物的位置信息，控制电磁线圈的导通或断开；导通电磁线圈，给电磁线圈放电，瞬间产生强大电流，电磁线圈产生强大的电磁力，电磁力推动发射物加速前进；断开电磁线圈，不产生电磁力，防止发射物在驶离电磁线圈时因电磁耦合作用产生反向的电磁拉力，而抵消了前进的动力，影响发射物向前运动。依次对两个以上的电磁线圈进行导通后断电的分段分时方式，实现发射物逐步加速，将发射物加速至需要的发射速度，其电磁转换效率较高、发射动能平衡稳定、实用性较好。

在一些实施例中，发射物为灭火弹，灭火弹内充有粉液复合型灭火剂。灭火弹为了配合电磁驱动产生电磁力，其外壳分为两部分：前半部分为遇高温火焰可自动消解的材料制成，遇高温火焰可自动消解的材料为相关现有技术，在此不做赘述；后半部分采用特制的铁磁导线绕制或圆筒形铁磁材料制成，形成坚固壳体；在该结构的尾部固定镶嵌有铁磁体，以增加灭火弹与电磁线圈之间的电磁耦合力，提高发射效能。

在一些实施例中，电磁线圈组件是一个相对独立的电气组件，包含有两个整流二极管、可控硅、储能电容、电力晶闸管、同步触发控制电路及电磁线圈。

在一些实施例中，各电磁线圈的同步触发电路中包含有三个位置检测元件分别位于该电磁线圈的前端、中部与后端。可选的，每个电磁线圈的同步触发控制电路中包含有两个以上的位置检测元件。

在一些实施例中，针对较大体积重量的灭火弹，采用多级串列电磁线圈驱动，所有电磁线圈同轴且直线间隔排列。多级串列电磁线圈驱动其明显的特征就是采用多个同轴电磁线圈直线排列，灭火弹穿越各电磁线圈的轴心，做直线加速运动，最终发射出电磁炮口。因为多级电磁线圈分时供电，逐级施加电磁推力，使得灭火弹逐步地加速到需要的发射速度，发射过程受力均匀，灭火弹结构所受到的冲击力较小，因而对其结构材质的要求相对较低，一定程度上降低了制造及使用成本。

如图2所示，在一些实施例中，采用车载方式，在车辆底盘上集成多级串列电磁炮3，实现电磁线圈驱动发射灭火弹，实施高层建筑和森林火灾的灭火。采用越野车底盘，可以提高整体灭火装置的快速响应、快速抵近的能力。电磁炮3的控制部件是计算机控制装置，计算机控制装置连接瞄准与测量组件7，实时测量目标发射位置信息，如高度、距离信息。通过这些信息，计算机控制装置计算出电磁炮所需要的驱动电压，并控制与其相连的数字可控高压电源精准输出需要的电压。然后根据发射时序要求，依次控制给各电磁线圈通电后断电，实现灭火弹的快速高效发射。可选的，通过瞄准与测量组件获取实时的环境气候信息，如风向、风速、风温、湿度，用于计算合适的灭火弹发射速度及发射角度。

在一些实施例中，车载底盘上设计两个以上并列的电磁炮发射装置轮流工作。由于灭火需要在最短的时间内将较多的灭火弹投送到着火部位，而电磁炮使用电力作动力源，整个装置需要有准备时间，且发射时的瞬间大电流冲击势必会导致局部过热，设计两个以上并列的电磁炮保证整体的散热效果同时，增加了可靠性。

在一些实施例中，如图3所示，电磁炮由平板电磁启动线圈4和两个以上沿同一轴向依次串列布置的多匝电磁线圈1构成，相邻的电磁线圈1间隔设置。其轴心位置安装一个非金属圆管型炮管5。平板电磁启动线圈4设置于电磁炮的始端。平板电磁启动线圈4导通时产生的电磁力推动发射物从静止状态开始沿炮管轴向运动，各级电磁线圈导电产生作用于炮管内的电磁力，推动发射物加速前进。两个以上的电磁线圈套设在炮管5上，各个线圈固定架6将电磁线圈和炮管5紧固连接，碳纤维管8穿设通过线圈固定架6，连接各个线圈固定架6。电磁线圈导电产生的电磁力，推动发射物运动。

在一些实施例中，计算机控制装置在检测各环节准备完成后，发出启动信号，控制平板电磁启动线圈通电，平板电磁启动线圈瞬间通电产生强大的电磁推力，推动灭火弹快速向前运动。当灭火弹弹头到达电磁线圈的入口的1A处时，该电磁驱动线圈组件包含的同步触发控制电路中的位置检测元件检测到灭火弹位置信息，并将灭火弹的位置信息传输给计算机控制装置的控制单元，计算机控制装置经过计算分析，给出导通电磁线圈的控制信号，该控制信号经同步触发控制电路同步放大，输出给电磁线圈组件内的电力晶闸管使电磁线圈导通，此时电磁线圈组件内的储能电容与电磁线圈导通，储能电容给电磁线圈放电，瞬间产生强大电流，激励近电磁线圈产生强大的电磁力，推动灭火弹继续加速前进。当灭火弹的弹头运动至电磁线圈尾端的1C处时，电磁线圈的尾端的检测元件检测到灭火弹位置信息，给计算机控制装置输送断电的控制信号，控制电磁线圈与储能电容断开。通过同步触发控制电路将组件内的电子晶闸管进行关闭，电磁线圈断电，不再产生电磁力，防止：灭火弹在“驶离”电磁线圈时因电磁耦合作用产生反向的电磁拉力、抵消前进的动力、影响灭火弹的向前高速运动。依次类推，灭火弹依次各个电磁线圈，持续推动灭火弹加速前进，达到需要的发射速度而射向目标位置。

在一些实施例中，计算机控制装置连接并控制电磁线圈组件、数字可控高压电源、同步触发控制电路。计算机控制装置读取同步触发控制电路检测的位置信息并给出电源控制信号，控制各电磁线圈的分时供电及断电。执行灭火弹发射过程的全自动化运行控制，所有人机交互命令通过与其相连的设在驾驶室的操作显示屏进行控制与显示。

可选地，计算电磁炮出炮管的发射速度V_出，公式如下：

可选地，

h：射高；S：射程；V_出：灭火弹出炮管时的发射速度；θ：发射角度，当θ＝45度时，射程最远；g:重力加速度，为常数9.8；如图4所示，A点为灭火弹出炮筒的射点，Z点为目标位置。

对于高层建筑火灾或森林火灾，火灾发生位置已知。可以通过激光测距方式快速知道射高h、射程s及发射角度θ，因而解出发射速度V_出。

可选地，如图5所示，已知发射炮管炮管的长度L，计算

求得灭火弹在炮管内的加速度a。V₀初始速度，为系统设定条件，本实施例设定为1米/秒；灭火弹在整个炮筒内的运动可视为一个匀加速运动。

可选地，已知物体质量m及加速度a值，计算F＝ma求得作用力F的大小。

可选地，在已知作用力F、电磁线圈匝数n、电磁线圈长度L₁、磁感应强度B的情况下，计算F＝nIL₁B求得产生电磁力电磁线圈需要的电流大小。F：电磁力；n：电磁线圈匝数；I：电流；L₁：电磁线圈长度；B：磁感应强度，在本实施例中近似等效为一个常数。具体数值在电磁炮组装后测试得到。

可选地，电磁线圈是固定已知的，其阻抗R是已知的，计算U＝IR求得供电电压U。

通过计算机完成上述运算，最后求解出供电电压U，计算机控制装置控制数字可控高压电源P输出相应电压，即可实现精准的电磁推力控制。

在一些实施例中，电磁炮安装在一个水平360度旋转、垂直俯仰角15度～85度可调的二维自由度调整机构上，该二维自由度调整机构其水平旋转调整采用齿轮转动或电机带轮滚动方式传动，其垂直俯仰角采用液压或丝杆方式传动。

本公开实施例提供了一种电磁炮，包含上述的电磁线圈的控制装置。

本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述电磁线圈的控制方法。

本公开实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述电磁线圈的控制方法。

上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。

本公开实施例提供了一种电子设备，其结构如图6所示，该电子设备包括：

至少一个处理器(processor)100，图6中以一个处理器100为例；和存储器(memory)101，还可以包括通信接口(Communication Interface)102和总线103。其中，处理器100、通信接口102、存储器101可以通过总线103完成相互间的通信。通信接口102可以用于信息传输。处理器100可以调用存储器101中的逻辑指令，以执行上述实施例的电磁线圈的控制方法。

此外，上述的存储器101中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器101作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器100通过运行存储在存储器101中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的电磁线圈的控制方法。

存储器101可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器101可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。

本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开实施例的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。当用于本申请中时，虽然术语“第一”、“第二”等可能会在本申请中使用以描述各元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。比如，在不改变描述的含义的情况下，第一元件可以叫做第二元件，并且同样第，第二元件可以叫做第一元件，只要所有出现的“第一元件”一致重命名并且所有出现的“第二元件”一致重命名即可。第一元件和第二元件都是元件，但可以不是相同的元件。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (8)

1.电磁线圈的控制方法，其特征在于，包括：

检测发射物的位置；

根据所述发射物的位置，导通电磁线圈以产生电磁力，基于所述电磁力推动所述发射物加速前进；

计算

或，

获取发射物出炮管时的发射速度，h为射高，S为射程，V_出为发射物出炮管时的发射速度；θ为发射角度，g为重力加速度；

计算V_出 ²-V₀ ²＝2aL获得发射物在炮管内的加速度，a为发射物在炮管内的加速度，L为发射炮管的长度，V₀为初始速度；

计算F＝ma获得电磁力的大小，m为灭火弹质量，F为电磁力的大小；

计算F＝nIL₁B获得产生电磁力所需的电磁线圈的电流大小，I为产生电磁力电磁线圈需要的电流大小，n为电磁线圈匝数，L₁为电磁线圈长度，B为磁感应强度；

计算U＝IR获得供电电压，U为供电电压，R为阻抗；

控制数字可控高压电源输出相应的供电电压；

控制各所述电磁线圈依次导通后断电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

控制所述电磁线圈断电。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电磁线圈，被设置为两个以上。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制各所述电磁线圈依次导通后断电，包括：

控制各所述电磁线圈沿所述发射物的发射方向，依次导通后断电。

5.电磁线圈的控制装置，其特征在于，包括：

位置检测器件，被配置为：检测发射物的位置；和

控制单元，被配置为：根据所述发射物的位置，导通电磁线圈以产生电磁力，基于所述电磁力推动所述发射物加速前进；

计算

或，

获取发射物出炮管时的发射速度，h为射高，S为射程，V_出为发射物出炮管时的发射速度；θ为发射角度，g为重力加速度；

计算V_出 ²-V₀ ²＝2aL获得发射物在炮管内的加速度，a为发射物在炮管内的加速度，L为发射炮管的长度，V₀为初始速度；

计算F＝ma或得电磁力的大小，m为灭火弹质量，F为电磁力的大小；

计算F＝nIL₁B获得产生电磁力所需的电磁线圈的电流大小，I为产生电磁力电磁线圈需要的电流大小，n为电磁线圈匝数，L₁为电磁线圈长度，B为磁感应强度；

计算U＝IR获得供电电压，U为供电电压，R为阻抗；

控制数字可控高压电源输出相应的供电电压；

控制各所述电磁线圈依次导通后断电。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制单元还被配置为：

控制所述电磁线圈断电。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述电磁线圈，被设置为两个以上。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制单元，还被设置为：

控制各所述电磁线圈沿所述发射物的发射方向，依次导通后断电。

Images