多级同步线圈炮无感控制方法、系统和单级线圈控制方法与流程
本发明涉及电磁发射器领域，尤其是一种多级同步线圈炮无感控制方法和系统，以及一种单级线圈对弹丸加速的无感控制方法。
背景技术：
1、电磁发射器是指利用电磁力提升、推动或加速物体的装置，电磁炮是电磁发射器的一种应用场景，它的加速对象是弹丸。电磁炮有轨道式电磁炮(简称轨道炮)、线圈式电磁炮(简称线圈炮)两大类别。在线圈炮中，根据弹丸和磁场的速度是否同步，可划分为同步线圈炮和异步线圈炮。磁阻炮是同步线圈炮的一种。
2、电磁炮技术已经发展了近两百年，近年来，随着功率半导体技术、储能技术的进步，磁阻式线圈炮、同步感应线圈炮逐渐走向实用化。
3、与同步电机类似，同步线圈炮需要及时开关对应的线圈组。高性能的同步线圈炮一般具有较多的级数。如图1所示，随着弹丸的运动，线圈逐个开启/关闭，磁场始终稍稍超前弹丸，弹丸逐级加速。同步加速弹丸的过程中，一旦弹丸落后或超前于线圈磁场过多，就会发生“失步”，弹丸再难以处在后续线圈的加速磁场中，弹丸后续无法被线圈有效加速，发射效果将会大打折扣。
4、为了避免发生失步，保障稳定运行，多级同步线圈炮一般使用传感器反馈弹丸位置。即使用位置、速度、电流、电压等传感器，来检测弹丸位置信息，作为线圈状态切换的依据。多级同步线圈炮最常见的传感器方案如图2所示，其中(a)为对射式，(b)为端射式，在每一级线圈附近，安装光电位置传感器。光电位置传感器原理直观，结构较简单，但要求炮管材料透光，或炮管上有孔。光电传感器易受污渍干扰，开孔会影响炮管结构强度，并且这些逐级安装的传感器会占据加速线圈布置空间，对电磁加速性能有不利影响。
5、因此，考虑不依赖于传感器反馈来控制线圈状态切换，可以有效杜绝上述问题。不依赖于传感器反馈控制线圈状态切换的控制方法，称为无感控制方法。传统的无感控制方法是通过仿真或试验，预计弹丸到达每个线圈的时间，以提前规划好切换每个线圈工作状态的时序，即提前规划好何时将哪个线圈切换到哪种工作状态。例如公开号为cn108759558a的中国专利文献所介绍的一种基于开关时序的微型磁阻式线圈炮弹丸射速控制方法。该类方式是出于理想环境进行的设计，对于仅有少量线圈的电磁炮效果还算理想，如果线圈级数较多，则一旦受到外部扰动，就很容易导致弹丸在预期的时间未到达/超预期预定的位置，发生失步，抗干扰性差。因此，目前无感控制方法通常是应用在线圈级数很少的场景中，多级线圈则使用传感器反馈的方式。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：针对上述存在的全部或部分问题，提供一种多级同步线圈炮无感控制方法和系统，以克服传统无感控制方法在多级同步线圈炮加速时易失步、抗干扰性差的缺陷。
2、本发明采用的技术方案如下：
3、一种多级同步线圈炮无感控制方法，通过启用控制所述多级同步线圈炮中每一级线圈工作状态切换的时序来分别控制各级线圈工作状态切换的时间，从而加速弹丸；所述时序使至少一级线圈工作在第一状态范围内，即工作在第一状态范围内的某一种状态；所述第一状态范围内的不同状态下，弹丸进入线圈磁场时的初速连续；线圈在所述第一状态范围内的不同状态下，线圈磁场对弹丸作用的速度增量与弹丸进入该线圈磁场时的初速的和保持稳定。
4、进一步的，所述第一状态范围为：线圈磁场作用弹丸的速度增量对弹丸进入线圈磁场时的初速的导数在(-2,0)区间之内所对应的状态，即在(-2,0)区间内的任何一段子区间，都可以算作是一个第一状态范围。
5、进一步的，在检查到所述弹丸就位后，启用所述时序。
6、进一步的，所述时序的获取方法包括：
7、在确定元件参数的情况下，通过不断调整各级线圈工作状态切换的时间序列进行试验或计算，使得至少一级线圈工作在第一状态范围内；
8、从得到的所有使至少一级线圈工作在第一状态范围内的时间序列范围中选出所述时序。
9、进一步的，所述工作状态包括以下状态之一或任意组合：未开启状态、开启状态、续流状态、回收状态和关断状态。
10、进一步的，所述时序使至少一级线圈始终处在未开启状态。
11、进一步的，方法还包括：
12、调整所述时序中，控制至少一级线圈工作状态切换的时间。
13、进一步的，通过分别连接各级线圈的控制系统，按照所述时序指示的各级线圈工作状态切换的时间，在相应时间控制各级线圈切换工作状态。
14、本发明还提供了一种多级同步线圈炮无感控制系统，所述系统中配置有控制所述多级同步线圈炮中每一级线圈工作状态切换的时序，所述系统通过启用所述时序来分别控制各级线圈工作状态切换的时间，从而加速弹丸；所述时序使至少一级线圈工作在第一状态范围内；所述第一状态范围内的不同状态下，弹丸进入线圈磁场时的初速连续；线圈在所述第一状态范围内的不同状态下，线圈磁场对弹丸作用的速度增量与弹丸进入该线圈磁场时的初速的和保持稳定。
15、本发明还提供了一种单级线圈对弹丸加速的无感控制方法，应用于多级同步线圈炮中的至少一级线圈，在预定时间切换所述线圈工作在第一状态范围内；所述第一状态范围内的不同状态下，弹丸进入线圈磁场时的初速连续；线圈在所述第一状态范围内的不同状态下，线圈磁场对弹丸作用的速度增量与弹丸进入该线圈磁场时的初速的和保持稳定。
16、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
17、1、本发明的无感控制方法使得弹丸即使受干扰而到达工作在第一状态范围内的线圈的速度与预期的有出入，仍能够在离开该线圈时尽可能恢复到预期的速度上来，使得多级同步线圈炮能够在无感控制下仍能保持稳定运行，避免发生失步的现象，提高了电磁发射器抗干扰的能力。
18、2、本发明在加速弹丸过程中无需传感器反馈，避免了传感器反馈方案结构工艺复杂(如需要炮管上开孔等)、成本高(每一级线圈均需要安装传感器)、影响加速性能等问题。并且使得在同等长度的炮管下，可以设置更多的加速线圈，相较于传感器反馈的方式可以获得更高的出射速度。
19、3、由于不需要在炮管上安装传感器，可以提升多级同步线圈炮各级线圈的集成度，从而缩短炮管长度，降低电磁发射器的成本，提高运行可靠性。
20、4、本发明可以不启用部分线圈，例如不启用最后的几级线圈，从而实现大范围多档速度调整。
21、5、本发明可以调整已启用时序的部分时序，例如最后一级线圈工作状态切换的时间，使得该级线圈的速度增量可以在0到最大速度增量之间调整，实现小范围连续速度调整。并且可以与上述不启用部分线圈配合使用，实现大范围连续速度调整。
技术特征：
1.一种多级同步线圈炮无感控制方法，通过启用控制所述多级同步线圈炮中每一级线圈工作状态切换的时序来分别控制各级线圈工作状态切换的时间，从而加速弹丸；其特征在于，所述时序使至少一级线圈工作在第一状态范围内；所述第一状态范围内的不同状态下，弹丸进入线圈磁场时的初速连续；线圈在所述第一状态范围内的不同状态下，线圈磁场对弹丸作用的速度增量与弹丸进入该线圈磁场时的初速的和保持稳定。
2.如权利要求1所述的多级同步线圈炮无感控制方法，其特征在于，所述第一状态范围为：线圈磁场作用弹丸的速度增量对弹丸进入线圈磁场时的初速的导数在(-2,0)区间之内所对应的状态。
3.如权利要求1所述的多级同步线圈炮无感控制方法，其特征在于，在检查到所述弹丸就位后，启用所述时序。
4.如权利要求1所述的多级同步线圈炮无感控制方法，其特征在于，所述时序的获取方法包括：
5.如权利要求1所述的多级同步线圈炮无感控制方法，其特征在于，所述工作状态包括以下状态之一或任意组合：未开启状态、开启状态、续流状态、回收状态和关断状态。
6.如权利要求5所述的多级同步线圈炮无感控制方法，其特征在于，所述时序使至少一级线圈始终处在未开启状态。
7.如权利要求1-6任一所述的多级同步线圈炮无感控制方法，其特征在于，还包括：
8.如权利要求1所述的多级同步线圈炮无感控制方法，其特征在于，通过分别连接各级线圈的控制系统，按照所述时序指示的各级线圈工作状态切换的时间，在相应时间控制各级线圈切换工作状态。
9.一种多级同步线圈炮无感控制系统，所述系统中配置有控制所述多级同步线圈炮中每一级线圈工作状态切换的时序，所述系统通过启用所述时序来分别控制各级线圈工作状态切换的时间，从而加速弹丸；其特征在于，所述时序使至少一级线圈工作在第一状态范围内；所述第一状态范围内的不同状态下，弹丸进入线圈磁场时的初速连续；线圈在所述第一状态范围内的不同状态下，线圈磁场对弹丸作用的速度增量与弹丸进入该线圈磁场时的初速的和保持稳定。
10.一种单级线圈对弹丸加速的无感控制方法，应用于多级同步线圈炮中的至少一级线圈，其特征在于，在预定时间切换所述线圈工作在第一状态范围内；所述第一状态范围内的不同状态下，弹丸进入线圈磁场时的初速连续；线圈在所述第一状态范围内的不同状态下，线圈磁场对弹丸作用的速度增量与弹丸进入该线圈磁场时的初速的和保持稳定。
技术总结
本发明公开了一种多级同步线圈炮无感控制方法、系统和单级线圈控制方法，涉及电磁发射器领域，用于以克服传统无感控制方法在多级同步线圈炮加速时易失步、抗干扰性差的缺陷。本发明通过启用控制每一级线圈工作状态切换的时序来分别控制各级线圈工作状态切换的时间，从而加速弹丸；该时序使至少一级线圈工作在第一状态范围内，第一状态范围内的不同状态下，线圈磁场对弹丸作用的速度增量与弹丸进入该线圈磁场时的初速的和保持稳定。本发明使得偏离预期速度的弹丸经第一状态内的线圈作用后，能够尽可能恢复到预期的速度上来，电磁炮仍能在无感控制下保持稳定运行。本发明还可对时序进行控制和调整，实现大范围多档调速和/或小范围连续调速。
技术研发人员：陶乐,潘永生,李俊萱,刘虎
受保护的技术使用者：成都科创时空科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5