概述

    该程序适用于使用半桥拓扑的多级磁阻炮（也可用于单级）。仿真计算 了弹丸受力，线圈电流，以及电容器电压变化等。核心算法基于行波加速器的仿真计算流程 - 科创网 (kechuang.org) 中开源的算法，在这里非常感谢coulson21 大佬。

此仿真考虑或计算了以下效果：

    1.线圈参数

         线圈自感

         线圈互感

         线圈电阻

   2.线圈中轴线上的磁感应强度

   3.弹丸受力 和 弹丸的感应电动势

   4.关于电压，电流，弹丸位置与速度相关的空间域方程（为了模拟的方便放弃使用时域方程的方式）

本仿真最重要的几条近似如下

    1、 磁饱和近似，即动子处于磁饱和状态，磁化强度在整个加速过程中保持不变。 （如，1010钢 饱和磁导设为2T, 磁化强度M=2T/u0  ） （饱和磁导参数可以在mode.csv中修改即 饱和磁导 那列 ）

本仿真使用的线圈开启/关闭 策略  --使用位移控制模式

    1.每级线圈的导通持续距离pw 。（对于单阵列来说pw=就是线圈长度+隔板长度）

（   pw 可以在mode.csv中修改即 脉宽  那列）

    2.线圈关闭时机： 在弹丸前端到达线圈中心时关断（这么做有利于防止反拉，目标是让弹丸中心和线圈中心重合时电流降到0）。通过pw和线圈关闭时机 可以算出 线圈导通时刻 td 。

（   线圈关闭时机 可以在mode.csv中修改即 关断策略偏移  那列）

程序的结构与使用方法

    大致可以分为四部分组成，即 1.从mode.csv文件中进行数据输入 ，2.calculator_gui.py的模块计算线圈参数 3.仿真计算 4.数据使用plt 显示出来。

    零.程序初始界面

通过点击第四行右边向下箭头选择需要模拟的数据。然后点开始模拟即可。

    一.从mode.csv文件中进行数据输入

    整个项目的数据是从mode.csv这个表格文件里输入的。

线圈参数部分

从漆包线材料到关断策略偏移的参数是线圈参数，可以填多行，数据空缺时会自动从上一行中补全。

1. 漆包线材料(CuorAl) 可以填0或1，填0为铜线，1为铝线

2. 漆层厚度(um) ，即漆包线的漆层厚度 ，单位um ，通常为30
   

3. 漆包线线径(mm) ，即漆包线的直径，比如8mm铜线就填 8 

4. 线圈长度(mm) ，即本行起始线圈的长度，1cm线圈 就填10
   

5. 模式选择，填0:表示匝径start里填充的是匝数 ;  1:表示匝径start里填充的是外径   ;2 启用段衰减，使本行起始线圈厚度衰减，衰减系数填在匝径start列

6. 匝径start ，即本行起始线圈的匝数或外径值  填0时 启用匝数延续功能，填0处的匝数会从上一级延续过来

7. 匝数幂衰减系数 ，这里 幂衰减的含义是：级数每翻一倍，匝数变为x倍。  通常默认0.8

8. 线圈数量 ，表示本行的线圈数量 

9. 起始脉宽 , 表示本行的起始脉宽,可以填0
   

10. 最大脉宽(pw)，表示本行使用的最大的导通持续距离pw

11. 脉宽幂递增系数 ，表示本行线圈内的脉宽数据的增加程度 ，如果数字越大，本行起始线圈的脉宽越小（本行末尾线圈的脉宽固定为脉宽(pw)）

    (若起始脉宽填0则使本行末尾的线圈脉宽为最大脉宽，而其他线圈的脉宽按脉宽递增系数计算   ;

     若起始脉宽不为0时,后续线圈的脉宽通过脉宽递增系数计算，当值超过最大脉宽时替换为最大脉宽)

12. 关断策略偏移(mm) 表示 线圈关闭的时机偏移程度，填0表示在弹丸前端到达线圈中心时关断 ，填正数延迟关断

非线圈参数部分

非线圈参数部分均为单行数据

1. 隔板长度(mm) ，表示级间使用的隔板大小，通常为1mm居多

2. 支架直径(mm) ，即炮管直径也相当于线圈的内径 ，单位mm

3. 外部阻抗(esr)  ，基本等于电容内阻，单位mΩ

4. 电容耐压值(V) ，半桥拓扑使用的电容的电压值，单位V
   

5. 电容值(uf) ，      半桥拓扑使用的电容的电容值，单位uf

6. 子弹直径(mm) ,   使用的定位销直径，单位mm

7. 子弹长度(mm) ，使用的定位销长度 。 填0时进行钢珠模拟

8. 子弹质量(g) ，使用的定位销的重量，单位g 。填0时自动计算

9. 初始速度(mps) ，子弹初始速度，一般为0居多

10. 饱和磁导(T) ， 即饱和磁感强度 ，使用q235的定位销时填2，未淬火加硬的q235钢珠填2 , 淬火加硬的的钢珠未知

11. 阵列顺序输入 ，普通半桥拓扑填[]即可， 半桥阵列请参考https://www.kechuang.org/t/90405

12. 次要参数 ，这里的参数不太重要，通常默认即可。   其中受力系数(负反馈系数)是一个列表，以便对多个线圈分别控制，第0级通常填0.9，以使时序更稳定。  填小于1的值时进行负反馈调节，减少速度但提高稳定性 
    

    
    

参数扫描说明

1. 使用 [var_start,var_end,num] 切分参数 或使用 (var_0,var_1,var_2,var_3 ...) 枚举参数 来启用参数扫描功能。

   
   

2. 参数扫描结果图中会标红离鼠标最近的点 ，右键点击后对其仿真

参数扫描结果图的横坐标是动能，纵坐标是最大电流。所以结果上是靠近右下角的点效果好（因为电流小动能大）

    二.calculator_gui.py的模块计算线圈参数 

        1.计算线圈的自感，电阻等数据,详见参考文献中 线圈参数计算器 

        2.计算线圈的互感部分见参考文献中《空心圆柱线圈的电感计算》 的使用等效圆环法计算

    三.仿真计算过程

        1.计算线圈中轴线上的磁感应强度，详见参考文献中 根据线圈参数计算 磁感应强度分布曲线 

        2.计算单位电流下的弹丸受力  ，详见参考文献中 根据磁感应强度曲线来计算磁阻炮的弹丸受力 

                           F=M*ΔΦ=M*ΔB*S

        3.关于电压，电流，弹丸位置与速度相关的空间域方程 ，详见参考文献中的行波加速器的仿真计算流程

                       本程序的核心算法在这里，再次感谢coulson21大佬的贡献。 原文中是时域方程 ，即各变量是关于时间t的

              微分方程。这样的缺点是整个加速时间在仿真前是不知道的，所以会预先设一个较大的Stop time 。所以改成了空间

              域方程，因为整个加速距离是确定的。

    四.数据使用plt 显示出来。

         1.plt图表

               这里显示行波动画，以及线圈电流，弹丸受力，电容电压和速度的数据

    2. 会在目录下生成out_time.h 文件。 保存了时序结果以供单片机使用

    五.数据保存

       在完成仿真后，程序会将 弹丸速度和效率结果 保存至mode.csv的最后result那列。 

     笔者在完成这次仿真后在maxwell中进行了验证，发现误差较小。

     贴出maxwell与本程序的电流结果：可以看到一致性很高

     maxwell文件如下：

8_49.aedt 1.46MB AEDT 98次下载

最后：

           本程序使用pyinstaller进行了打包，读者可以方便的移到自己的电脑运行。位置 在dist文件夹下。压缩文件放在回复区。

           最后在这里我非常感谢各位大佬的帮助! 

参考文献：

    1. 行波加速器的仿真计算流程 - 科创网 (kechuang.org)

    2.

空心圆柱线圈的电感计算_吴素文.pdf 2.97MB PDF 635次下载 预览    

   3.    震撼！模拟器的最后一块拼图！ 根据线圈参数计算 磁感应强度分布曲线！ - 科创网 (kechuang.org)

   4：根据磁感应强度曲线来计算磁阻炮的弹丸受力 - 科创网 (kechuang.org)

   5:   线圈参数计算器（基于Wheeler公式计算电感量） - 科创网 (kechuang.org)

   6:  你好，电磁炮（盒装）套件+书内购入口 - 科创网 (kechuang.org)