脉冲发电机轨道炮负载模拟的研究

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1、国内图书分类号：TM921学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文脉冲发电机轨道炮负载模拟的研究SIMULATIONRESEARCHONRAILGUNLOADOFTHEPULSEALTERNATOR硕士研究生：刘庆导师：崔淑梅教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONRESEARCHONRAILGUNLOADO

2、FTHEPULSEALTERNATORCandidate：LiuQingSupervisor：Prof.CuiShumeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电磁轨道炮作为

3、一种新型武器受到各国军事专家的重视。但脉冲电源的庞大笨重一直是制约其陆基实战的重要因素。脉冲发电机具有较高的能量密度和功率密度，因此成为了轨道炮陆基实战理想的脉冲电源之一。为了对脉冲发电机驱动轨道炮负载的能力进行理论和实验验证，本文的研究工作主要围绕脉冲发电机驱动轨道炮系统的建模仿真和轨道炮的负载特性模拟进行展开。首先，从理论上对脉冲发电机驱动轨道炮系统的工作原理和运行特性以及能量转化过程进行详细分析。其次，在理论分析的基础上，将轨道炮等效为相互串联的电阻和电感，其阻感值均为关于导轨电流的非线性函数。根据等效电路和运动方程得到了系统的数学模型。在此基础上建立了考虑摩擦、空气和烧蚀阻力

4、在内的轨道炮Simulink仿真模型，仿真结果和实验数据相吻合。利用Simplorer实现了脉冲发电机有限元模型与轨道炮电路模型的联合仿真。然后，给出了轨道炮核心部件的设计方法。建立了轨道炮二维有限元模型，采用母线阻抗涡流分析的方法对电感梯度进行求解。在此基础上考虑了导轨长度和电枢的影响，从静枢特性的角度利用数值计算与3D有限元相结合的方法对电枢处于不同位置下的电感梯度进行计算。最后，由于实验室目前没有轨道炮，实验时利用电子负载模拟轨道炮的负载特性。本文利用电压型PWM整流器来模拟轨道炮，通过仿真验证了该方案的可行性。针对主电路拓扑结构进行了器件选型和设计。最后，进行了驱动和控制电路

5、的硬软件设计和实验测试。关键词：脉冲发电机；轨道炮；联合仿真；电感梯度；负载模拟-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsanewtypeofkineticenergyweapon,therailgunispaidattentionbymilitaryexpertsallcountries.Howerver,thepulsepowersupplyishuge,whichistheimportantfactortorestricttherailgun’land-basedactualcombat.Thecompensationpulsealternator(CPA),du

6、otohighpowerdensityandhighenergydensity,isconsiderastheoneofthemostpotentialcombatpower.InordertotesttheloadabilityoftheCPAonthetheoryandexperiment,thispaperfocusonmodelingoftheCPApoweredrailgunsystemandsimulationoftherailgun’loadcharacteristics.First，theworkprincipleandoperationcharacteristics

7、andtheenergyconversionprocessaremadeadetailedanalysistheoretically.Onthebasisoftheoreticalanalysis，therailgunisequivalentforaresistorinseriesofainductor,whichareallthenonlinearfunctionoftherails’current.Themathematicmodelofthesyst