本文给出相关资料目录，在不同的楼层中给出有关知识介绍，欢迎大家补充。比赛完成后建议分享你的创作思路，举一反三。
请注意：不要在这里发专门针对本次比赛的电路图、程序代码、CAD文件。可以解析题意、讨论基础知识、分享文献，坚决抵制抄袭舞弊。
模拟电磁曲射炮（ H题）【本科组】
一、任务
自行设计 并制作 一模拟电磁曲射 炮（以下简称电磁炮） ，炮管水平方位及垂直仰角方向可调节， 用电磁力将弹丸射出 ，击中目标环形靶（见图 3），发射周期不得超过30秒。电磁炮由直流稳压源供， 电磁炮系统内允许使用容性储 能元件。
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二、要求
电磁炮与环形靶的位置示意如图1 及图2 所示。电磁炮放置在定标点处，炮管初始水平方向与中轴线夹角为0°、垂直方向仰角为0°。环形靶水平放置在地面，靶心位置在与定标点距离200cm≤d≤300cm，与中心轴线夹角a≤±30°的范围内。
1.基本要求
（1） 电磁炮能够将弹丸射出炮口。
（2） 环形靶放置在靶心距离定标点200~300cm 间，且在中心轴线上的位置处，键盘输入距离d 值，电磁炮将弹丸发射至该位置，距离偏差的绝对值不大于50cm。
（3） 用键盘给电磁炮输入环形靶中心与定标点的距离d 及与中心轴线的偏离角度a，一键启动后，电磁炮自动瞄准射击，按击中环形靶环数计分；若脱靶则不计分。
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2.发挥部分
（1） 在指定范围内任意位置放置环形靶（有引导标识，参见说明2），一键启动后，电磁炮自动搜寻目标并炮击环形靶，按击中环形靶环数计分，完成时间≤30s。
（2） 环形靶与引导标识一同放置在距离定标点d=250cm 的弧线上（以靶心定位），引导标识处于最远位置。电磁炮放置在定标点，炮管水平方H - 3 / 4向与中轴线夹角a =-30°、仰角0°。一键启动电磁炮，炮管在水平方向与中轴线夹角a从-30°至30°、再返回-30°做往复转动，在转动过程中（中途不得停顿）电磁炮自动搜寻目标并炮击环形靶，按击中环形靶环数计分，启动至击发完成时间≤10s。
（3） 其他。
三、说明
1. 电磁炮的要求
（1） 电磁炮炮管长度不超过20cm，工作时电磁炮架固定置于地面。
（2） 电磁炮口内径在10-15mm 之间，弹丸形状不限。
（3） 电磁炮炮口指向在水平夹角及垂直仰角两个维度可以电动调节。
（4） 电磁炮可用键盘设置目标参数。
（5） 可检测靶标位置自动控制电磁炮瞄准与射击。
（6） 电磁炮弹丸射高不得超过200cm。
2. 测试要求与说明
（1） 环形靶由10 个直径分别为5cm、10cm、15cm、… 50cm 的同心圆组成，外径50cm，靶心直径5cm，参见图3。
（2） 环形靶引导标识为直径20cm 的红色圆形平板，在距靶心30cm 处与靶平面垂直固定安装，圆心距靶平面高度30cm。放置时引导标识在距定标点最远方向。参见图1。
题目解读：
该题目综合性很强。完成该题需要解决如下问题：
（1）2自由度云台
（2）初速稳定的电磁炮
（3）自动控制及人机界面
可见该题考察了电气、电子、机械、自动化等领域知识的综合运用和工程实践能力，拔高的话还可以用机器学习啥的来指导瞄准，难度偏高。
A、关于2自由度云台
这是目前监控领域已经普及的东西，自己做的话用两个步进电机，自己做机械结构件（例如通过3D打印），在配合适当的驱动电路即可完成。如果电炮较轻，可以考虑用两个航模舵机来制作。由于允许的准备时间较长（30s），因此不用纠结XY摆式结构还是云台结构，直接云台结构就可以了。由于比较常见，不再赘述。
B、关于电磁炮
该电磁炮的关键是初速要稳定，也就是说每次发射的弹丸，飞行速度最好差不多快，不然外弹道无法预测，就很难打准。
在题目规定的尺寸下，可行的基本方案有磁阻炮和感应炮。后者的设计制作复杂一些，建议不予考虑。因此，应当以磁阻炮作为重点来研究。
影响磁阻炮初速的因素很多，但是大部分因素在磁阻炮制作完成时就固定了，比如线圈的圈数，子弹的长度等。所以主要考虑容易发生变化的两点：子弹的初始位置、线圈的电压。
这就提示该炮的充电电路必须限压或者稳压，比如采用200V电压给电容充电，充满时的电压最好能稳定到5%以内，不因等待时间不同而变化。而且，为了适应不同环境，电压要准确可调。
出题人应该非常清楚市场上电磁炮套件的情况，选取了一个市面上罕见的炮口尺寸，各位自求多福
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C、关于自动控制
题目要求自动寻的（自动寻靶）。做过小车的同学应该对此不陌生，通常用摄像头作为传感器。需要注意历届采用类似方法的电赛题，评比现场的环境光线、背景颜色往往成为巨大的不可控因素，因此在摄像头上要做遮光措施，在软件中要有相应的对策。题目中似乎靶是固定且距离已知的，如果距离未知，还需要测距，那么可以用两个摄像头解决。由于弹丸速度不高，且题目中没有提到考虑风的影响，因此外弹道非常接近于抛物线，基本上可以用解析方法（建立坐标系以后用抛物线方程，选择其中一个解，比较直观的是高弹道）预测，试射校准，因此能够用确定的算法求解发射角度。对于炮管扫描的情况，其实相当于在出爣瞬间赋予了一个水平速度分量，影响很小而且可以解析修正，说不定瞄准和发射过程中装置的震动影响更大。当然时间够用的话，也可以用一些高级算法来修正空气阻力的影响，理论基础是外弹道学，工程应用是火炮自动瞄准、自动操瞄系统。
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