基于时序控制脉冲形成网络的电磁轨道炮仿真研究.pdf

《基于时序控制脉冲形成网络的电磁轨道炮仿真研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电磁轨道发射技术基于时序控制脉冲形成网络的电磁轨道炮仿真研究薛飞张建革（郑州机电工程研究所，郑州450015）摘要本文采用Simulink仿真，针对电磁轨道炮的技术指标要求，研究时序控制脉冲形成网络，得到基于时序控制脉冲形成网络（多模块）的电磁轨道炮仿真结果，与单模块电源情况相比，提高了弹丸的出口速率和系统效率，表明脉冲形成网络的电源方案具有更好的可行性。关键词：电磁轨道炮；电容器组；脉冲形成网络；仿真1引言脉冲形成网络（PulsedFormingNetwork，PFN）是电能传递给负载的桥梁，其结构复杂多样，两种主要结构是Γ形

2、级联结构脉冲形成网络和RLC并联时序放电网络。通过研究各种网络结构，计算能量在网络中的流动过程，确定最佳的网络结构，使得网络中功率器件的工作电气强度最小、总体负载效率最高，这是脉冲功率源设计的必要准则。图1PFN并联时序触发电路原理示意图对于由4个PFN模块并联组成的放电网络，设因为电磁轨道炮的发射需要高功率的脉冲，较第m路PFN模块已被触发，U0m为电容器Cm的初大的脉宽，灵活的输出电流波形，于是时序控制多始充电电压，Ucm为电容器Cm两端电压，im为模块模块脉冲形成网络被广泛的应用到电磁轨道炮的研的输出电流，Lm为脉冲形成电

3、感，Rm为输出回路分究中。布总电阻，假设触发开关和Crowbar开关均为理想2时序控制脉冲形成网络的分析器件，则1～m放电模块组成的状态方程组为为了研究的需要，本文建立了PFN网络分析当Ucm>0时计算模型，图1为4路PFN电路原理示意图。第餿dUmim=藝（1）饉一路（PFN1）模块的主放电开关K1在t=0时刻导饉dtCm饃m通，电容器组C1通过脉冲形成电感器L1向负载RL饉Ri+Ldim+Ri=U放电，当二极管支路端电压U饉mmmL∑kmC1小于零时，第一模dt饈k=1块中的Crowbar开关闭合导通，将电容器C1短路当Uc

4、m<0时（形成旁路），脉冲形成电感器中的磁场能经过mdimCrowbar开关向负载放电。根据负载对脉冲峰值电Rmim+Lm+RL∑ik=0（2）dtk=1流大小和脉冲宽度的要求，确定其它模块主放电开藝初始条件为i=0，U(0)=U，m=1，匭匭匭4。关的导通延迟时间tKi(tKi为第i路PFN模块的放电mm0m理想模型的电路状态方程是简单明了的，但实延迟时间)，而各模块PFNi中的Crowbar开关的际电路中器件的工作特性决定了计算模拟的复杂工作状态由各PFN模块中的电流、电压特性确定，化，例如闭合开关的反向电流断流特性就对脉冲

5、电设其导通时刻为tdi。因此，在每一模块的放电过程流波形的输出和放电效率有很大的影响，但这要视中，放电的电路结构取决于该电路中Crowbar开具体网络参数和网络拓扑结构而定。二极管的反向关的工作状态。162010年增刊电磁轨道发射技术电流恢复特性也对网络特征的细节产生不可低估的影响，故用解析法精确计算出I、v、x的值是非常困难的。利用Matlab仿真软件求解微分方程组，操作简单，灵活的图像和文字处理等优异功能，能很好分析发射过程的动态特性，求出在这动态过程结束时的轨道炮的系统效率。3Simulink仿真方案的建立Simulink

6、是Matlab软件中的动态仿真工具箱，其主要的功能是对动态系统进行仿真和分析。根据轨道炮经典方程可以建出如图2和3所示的速度模图4前3路脉冲形成网络模块的仿真模型型、位移模型。图2弹丸速度模型图3弹丸位移模型由式（1）~（2）就可以进行建模，但是在仿真建模过程中尽量少用微分。因此需要对式（1）~（2）进行变形。考虑到24个PFN模块仿真模型的结合，我们引入了负载端电压U去表示各物理量，因此可变形为当U>0时cm餿1t饉Ucm(t)藝U0m=藝∫imdtC0饉m饉4图5电磁轨道炮Simulink仿真方案饉饃R×i=U（3）L∑k饉

7、k=14仿真参数设定饉di1饉m=飭()藝藝×餑餉UcmtURmim餷4.1轨道炮系统参数设定饉饈dtLm炮管长度lg=4.5m否则弹丸组件的质量m=0.4kg餿4'饉R×i=U电感梯度L=0.46μH/mL∑kr饉k=1（4）初始负载电阻R=0.1m繩饃0饉dim1饉=藝[U+Rm×im]电阻梯度RP=0.1mΩ/mdtL饈m初始电感、初始位置和初始速度均设为零。藝初始条件为i=0，U(0)=U，m=1，"24。mm0m4.2电容器模块参数设定根据式（3）~（4）可建立出每个脉冲形成网络24个脉冲电源模块的电容量均为15mF，

8、充电模块的仿真模型，并把各仿真模块封装成一子系统，电压分10kV（4个）和5kV（20个），电容器内阻其中前3路模块仿真模型相同，第4～24个仿真模均为11.6m繩，调波电感均为20μH。型多一个延迟子单元。4.3Simulink参数设定总体合成，根据以上的子系