高速发射系统速度预测及其控制策略

• 作 者: 马进
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 电磁轨道发射系统 初速度 多种群遗传算法 控制策略

在电磁轨道发射系统中，初速度是其关键参数，并且初速度的测量和控制是其核心。由于发射过程中伴随着磁场扩散、热传导、结构变形和材料摩擦磨损等物理过程的耦合作用以及测试手段的限制，无法对发射过程实现精确描述。为了能够获取较为准确的速度并且能够控制速度，本文主要从以下几个方面展开相关研究:　　首先，对于电磁发射技术来说，电枢装填位置会影响电磁发射速度一致性，为此研制了电磁发射装填系统。主要应用了STM32核心控制器，结合LABVIEW开发了上位机电枢装填控制系统，可实时观测装填过程中压力及位移变化情况，并且能够将电枢定位在指定位置，误差可控制在5mm内。　　然后，研制了高速发射控制系统，应用VB语言开发上位机，系统主要包含四大功能，第一，控制充电机充电，并检测其工作状态;第二，通过手动输入多路时序，控制电源放电;第三，可模拟放电电流波形，并判断电流是否超过系统阈值;第四，在每次发射实验完成后可生成发射实验报告。在硬件方面，设计了晶闸管驱动，能够产生一个幅值为18V，上升沿为4μs的脉冲信号，并且能够稳定的驱动晶闸管，在强电磁干扰下也实现了正常触发。之后完成发射实验验证并计算了控制系统的触发时序精度在10-20μs内，同时分析了误差产生的原因。　　最后，为了能控制电磁发射初速度，研究了电枢的运动特性，分析了放电模块的放电特性，最终通过调节时序达到控制初速度的目的。应用了径向基函数神经网络和多种群遗传算法，能够通过给定速度，程序自动产生一组最优时序，进而得到目标速度。主要分为两步实现:　　第一步，研究速度与放电电流波形（电流最大值，电流上升沿）的对应关系。通过应用了基于径向基函数神经网络，对电磁发射历史数据进行统计分析，找到了初速度与电流波形的映射关系，并可根据电流波形推测出电磁发射初速度。　　第二步，通过给定电流波形，自动输出时序。主要应用多种群遗传算法，实现了给定目标电流波形，进而产生时序。通过应用此算法，产生的电流峰值和期望的电流峰值的误差在3.8％左右，上升时间误差在4.2％内。最后应用C＃和MATLAB并结合上述的算法，开发了高速发射速度预测及其控制系统，通过上位机自动产生时序，并应用串口下发到DSP控制器，DSP控制器产生30路脉冲信号驱动电源模块，实现电磁发射的速度控制目标。　　本文设计的高速发射速度控制系统应用在Arg-270型小型速度发生器中，通过大量的实验数据对比分析，此系统可实现最终初速度的控制。