基于FPGA的电磁推进装置同步触发系统的优化设计

摘要

电磁推进技术的出现是近年来推进技术领域的一次飞跃，它为解决人们对超高速、大质量的推进要求开辟了一条新途径。电磁推进是将电磁能转化成动能，借助电磁力做功，完成对物体的推进。本文中对电磁推进装置中的同步触发系统进行了理论分析、设计和仿真，并对部分模块进行了实验验证。 对线圈型电磁推进装置而言，各级的触发精度直接决定系统的能量利用率，所以触发精度是提高电磁推进装置能量利用率的最关键因素之一。本文对自动触发系统的原理进行了详细的分析，得出了系统的总体设计框图并采用流水线法进行了总体优化。本文利用FPGA器件逻辑资源丰富、工作速度快等特点，采用多种优化方法对设计中需要的加法器、乘法器和除法器进行了结构优化，进而设计了与上述因素无关的自动延时触发系统，可以在不同的初始能量和更换被加速体的情况下，自动调整触发延时实现最佳触发，同时可以对目标的出口速度进行测量。最后对延时触发和速度测量功能进行了实验验证，保证系统的正常工作。 理论分析和实验研究表明，本文中设计的电磁推进装置同步触发系统具有合理性和可实现性，为以后的进一步研究打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究目的及意义

1.2电磁推进的背景和发展现状

1.3电磁推进的应用前景

1.4论文研究的主要研究内容

第2章数字系统设计及优化方法

2.1 FPGA概述

2.1.1主流FPGA器件结构及特点

2.1.2 FPGA与相关器件的对比

2.2硬件描述语言(HDL)及其开发环境

2.2.1Verilog HDL语言

2.2.2Verilog HDL语言开发环境

2.3数字系统设计

2.4常用优化思路分析

2.5本章小结

第3章同步触发系统分析与设计

3.1系统的设计平台

3.2系统的分析与设计

3.2.1单级线圈型电磁推进原理

3.2.2触发时刻与加速效率

3.2.3触发方案的确定

3.3速度测量系统设计方案

3.4系统总体设计方案

3.5本章小结

第4章同步触发系统实现及仿真

4.1高速运算模块的设计

4.1.1加法器模块的优化设计

4.1.2乘法器模块的优化设计

4.1.3除法器模块的优化设计

4.2系统各模块实现及仿真

4.2.1波型变换模块设计

4.2.2查找表模块

4.2.3延时触发模块

4.2.4速度测量模块

4.2.5速度显示模块

4.3系统的总体架构及仿真

4.4本章小结

第5章实验结果及分析

5.1定时延时触发实验

5.2触发系统速度测量实验

5.3测速方法的误差分析

5.4本章小结

结论

致 谢

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目