阅读说明：本技术 一种炮弹精确制导的模拟电磁炮控制装置 (Simulated electromagnetic gun control device for accurate guidance of shells ) 是由 杨柳 庄建军 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明炮弹精确制导的模拟电磁炮控制装置,包括电源模块、升压模块、限压充电模块、线圈炮膛、控制开关、两自由度云台、激光测距模块、炮弹制导控制模块。所述电源模块,提供12V直流电源；所述升压模块,将12V直流电源经过逆变、变压、整流后变为15-390V可调高压直流电；所述限压充电模块,将一稳压管和一电阻串联起来,并联大电容,防止电容过充；所述线圈炮膛,绕制的多匝线圈炮管；所述控制开关,高耐压大电流的直流继电器；所述两自由度云台,控制炮管水平和俯仰斜倾角运动；所述激光测距模块,测量前方障碍物的；两自由度云台,控制炮管水平和俯仰斜倾角运动；电磁炮装置控制微处理器运行有炮弹制导控制策略,精确控制云台,使之炮击目标位置。(The invention relates to an electromagnetic cannon simulation control device for accurate guidance of cannonballs, which comprises a power supply module, a boosting module, a voltage-limiting charging module, a coil barrel, a control switch, a two-degree-of-freedom cradle head, a laser ranging module and a cannonball guidance control module. The power supply module provides a 12V direct-current power supply; the boosting module is used for converting a 12V direct-current power supply into 15-390V adjustable high-voltage direct current after inversion, transformation and rectification; the voltage-limiting charging module is used for connecting a voltage-stabilizing tube and a resistor in series and connecting a large capacitor in parallel to prevent the capacitor from being overcharged; the coil bore is a multi-turn coil gun barrel wound; the control switch is a high voltage-resistant high-current direct-current relay; the two-degree-of-freedom cradle head controls the horizontal and pitching oblique inclination angle motion of the gun barrel; the laser ranging module is used for measuring a front obstacle; the two-degree-of-freedom cradle head controls the horizontal and pitching oblique dip angle motion of the gun barrel; the electromagnetic gun device controls the microprocessor to operate a shell guidance control strategy, and accurately controls the cradle head to enable the cradle head to blast a target position.)

一种炮弹精确制导的模拟电磁炮控制装置

技术领域

本发明涉及电磁发射实践和模拟设备领域，更具体地说，是涉及一种炮弹精确制导的模拟电磁炮控制装置。

背景技术

电磁炮是一种利用电磁场将电能转换为炮弹动能的先进高能武器，既可以利用超高的动能对目标进行杀伤摧毁，也可以加装弹药对目标进行打击。与传统火炮、火箭发射相比，电磁炮具有发射响动更小、隐蔽性好、炮弹出口速度高等显著优点，是近年来军事领域的研究热点。

现有的电磁炮模型有以下几点不足点：1、现有的电磁炮电压是固定的，不能调节，电容充电时的电压大小也不能控制，从而导致炮弹的速度与射程都不可调；2、由于第一点，现有的电磁炮无法精确射击某一位置，即无法通过输入射击目标位置并精确炮击。

针对上述问题，提供了一种炮弹精确制导的模拟电磁炮控制装置，可以根据激光测距模块自动扫描炮击位置，电容充电的电压根据需要进行调节，从而控制炮弹的出膛速度，然后通过对炮弹运动过程建模，精确计算射程，从而最终使得射击更加精准，目前尚无相关电磁炮专利有类似技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、合理，可以进行目标自动扫描，炮弹精确射击的模拟电磁炮装置。

本发明技术方案是，一种炮弹精确制导的模拟电磁炮控制装置，通过下述技术方案予以实现，所述的实验装置包括电源模块、升压模块、限压充电模块、线圈炮膛、控制开关、两自由度云台、激光测距模块、炮弹制导控制模块。所述电源模块，提供12V直流电源；所述升压模块，将12V直流电源经过逆变、变压、整流后变为15-390V可调高压直流电；所述限压充电模块，是将一稳压管和一电阻串联起来，并联大电容，防止电容过充；所述线圈炮膛，是绕制的多匝线圈炮管；所述控制开关，是高耐压大电流的直流继电器；所述两自由度云台，可以控制炮管水平和俯仰斜倾角运动；所述激光测距模块，可以测量前方障碍物的距离，便于计算弹道过程和炮管倾角。

两自由度云台(由2个LD-1501MG数字舵机组成)，可以控制炮管水平和俯仰斜倾角运动；

电磁炮装置控制微处理器运行有炮弹制导控制策略，可以精确控制云台，使之炮击目标位置。

电磁炮装置中的放电电容两端并联电阻，通过电阻分压连接微控制器ADC端口。

所述激光测距模块，与电磁炮一同安装在水平方向云台之上，从而扫描到目标靶之后发生电磁炮弹。

所述炮弹制导控制策略，是通过对自身电磁炮周围进行扫描，发现射击目标位置后，通过计算从而控制电容充放电电压以及云台移动的水平和俯仰斜倾角，通过偏转一定角度一种控制方法。

电磁炮装置中的放电电容两端并联取样电阻，通过取样电阻的分压连接微控制器的ADC端口，从而精确测量电容电压，从而保证炮弹初速度保持相适应的定值不变。

综上，当电磁炮开始工作时，电磁炮通过两自由度云台进行横向旋转，通过激光测距模块扫描炮击位置，当搜索到炮击位置后，炮弹制导控制策略会根据目标位置精确计算炮击仰角，然后直流电源通过升压模块升压，快速给电容充电，限压充电模块通过稳压二极管防止电容过冲，在充电过程中微控制器实时监测电容电压值，保证在充电电压满足射击要求后停止充电并发射炮弹。

有益效果：本发明提出将15-390V可调高压直流电；所述限压充电模块，是将一稳压管和一电阻串联起来，并联大电容，作发射炮弹的能源，所述线圈炮膛，是绕制的多匝线圈炮管，电容瞬间大电流放电给钢质外壳的金属炮弹提供电磁力；通过两个自由度的云台控制炮管水平和俯仰斜倾角运动；所述激光测距模块，可以测量前方障碍物的距离，便于计算弹道过程和炮管倾角。通过炮弹运动过程建模，精确计算射程，从而最终使得射击更加精准，本发明可以作为电磁炮实用的建模与模拟装置，而且实施简便而且成本低。达到比较理想的电磁炮的控制。本发明电磁炮(实验装置)能够精确将炮弹射击到目标位置，具有控制精度高、射程远，稳定性好的优点。

附图说明

图1为本发明的模拟电磁炮控制装置示意图。

图2为本发明控制策略示意图。

具体实施方式

炮弹精确制导的模拟电磁炮控制装置，通过下述技术方案予以实现，所述的实验装置包括电源模块、升压模块、限压充电模块、线圈炮膛、控制开关、两自由度云台、激光测距模块、炮弹制导控制模块。所述电源模块，提供12V直流电源；所述升压模块，将12V直流电源经过逆变、变压、整流后变为15-390V可调高压直流电；所述限压充电模块，是将一稳压管和一电阻串联起来，并联大电容，防止电容过充；所述线圈炮膛，是绕制的多匝线圈炮管；所述控制开关，是高耐压大电流的直流继电器；所述两自由度云台，可以控制炮管水平和斜倾角运动；所述激光测距模块，可以测量前方障碍物的距离，便于计算弹道过程和炮管倾角。

所述两自由度云台，区别于目前普通电磁炮无法移动射击，可以进行两个方向上的移动。

电磁炮炮口后方装有激光测距模块。

电磁炮炮口安装在一个两自由度云台上。

电磁炮装置控制微处理器运行有炮弹制导控制策略，可以精确控制云台，使之炮击目标位置。

电磁炮装置中的放电电容两端并联电阻，通过电阻分压连接微控制器ADC端口。

电磁炮装置控制策略方法如下：如图2所示。

以炮口作为O点建立直角坐标系，建立炮弹运动模型

斜抛运动轨迹方程式如下：

已知炮弹落地纵坐标为-H，则

其中：

H为炮口离地面高度；

v₀为炮弹出膛速度；

x为目标位置距离；

g为重力加速度；

θ为炮膛与水平夹角。

本电磁炮通过控制炮弹出膛速度v₀不变，已知v₀、H情况下，通过超声波测距模块检测得到的射击目标位置x，计算出方程解θ，即为炮俯仰角高度(水平的角度由第一自由度云台转时测距时对准)。通过在微处理器上实时解算上述方程，可以精确控制炮弹射击位置与角度。

本电磁炮采用400v2200uf电容进行充放电，升压模块输出300V充电电压，炮弹为直径5mm钢珠，电容充电电压为147v，线圈匝数100时，炮弹出膛速度为5.5米每秒，最大发射距离为3.3米，最终炮弹射击精度小于6厘米。