本文研究补偿脉冲发电机(CPA)的工作原理、最新水平和关键技术，结合同步发电机的设计方法，探讨补偿脉冲发电机的设计规则。针对电磁发射的性能指标，提出约束条件以计算CPA参数需求。建立由CPA、轨道、导电电枢和消弧电路组成的发射系统模型，研究电流的产生、传递和做功三方面的过程，即将CPA中转换所得电能向轨道注入，建立瞬态强磁场，在电枢体上产生驱动力加速前进。　　针对电源实用化需求，分析补偿脉冲发电机在电磁设计方面的要求，以励磁绕组的内半径为变量，根据多种因素综合考量，制定符合负载要求的电机结构方案。通过有限元方法对各绕组及屏蔽筒的自感、互感、电阻等进行初步计算，为后续数值仿真提供依据。　　从被动补偿脉冲发电机(PCPA)的基本电磁关系出发，以增强波形可调性为目的，研究四相式拓扑结构。将坐标变换方法用于补偿脉冲发电机的建模，该模型由四相定转子绕组和补偿器件构成，相互之间又电磁耦合。将标准帕克变换扩展为六相并用于带有补偿器件的四相补偿脉冲发电机的模型。通过对发电机的建模，获得了电压方程和磁链方程。研究表明该方法可准确描述发电机运行过程，又可简化数值计算过程，能够对原理样机的设计提供指导意见。　　结合电磁轨道发射的特点，研究开环控制模型，即:对于预设的电枢加速长度、电枢出口速度、电枢质量、电感梯度，求解最佳电流波形;其次使用遗传算法(GA)对CPA四相导通角进行最优调整，其目的是为合成最佳放电电流提供时序参数，使调整后的电流波形能够最大限度的逼近所需要的理想波形。研究表明，该方法可对不同电磁发射系统中的电流波形进行时序的优化，可为CPA的参数设计和性能评估提供依据。　　随着负载对电源要求的逐步提高、电机材料成本的增加以及整体安装环境的限制，人们对CPA系统的可靠性要求也越来越高，因此建立绕组温度场模型，考察绕组电阻变化对发射性能的影响，考察连发性能，同时对于电机的设计，需考察某些参数的极限运行条件，以保证发电设备运行的可靠性。在电机连续性放电中，温升过高极易引起电机的烧毁或绝缘层的损坏，因此对励磁绕组建立温度场模型显得十分必要。　　建立带有消弧电路的EMG系统电动力方程。电枢在身管内前进时，轨道电极表面烧蚀不仅使轨道炮的整体性能下降，而且影响轨道炮系统寿命，当电枢离开炮口时由于放电回路被切断，必然会在炮口形成电弧。电枢烧蚀是一个及其复杂的过程，包括产生电弧在内的多种现象会对轨道电极造成破坏。实验表明，发射后炮口轨道表面的形貌主要为弧痕迹、弧坑沉积的小凹坑的形状以及悬挂在上轨道电极上的滴状颗粒，因此抑制炮口电弧显得尤为重要。　　将补偿原理应用于直线感应加速器(linear induction launcher，LIL)中，建立三维有限元模型，探讨PCPA驱动这一负载的方法与过程，分析不同结构和材料的补偿器件对发射性能的影响。研究表明，设置补偿器件可对磁通分部进行有效控制。　　设计基于FPGA的控制方案，论述采用FPGA进行控制的优势和必要性，FPGA高速并行处理的特性可满足系统需求，通过硬件描述语言设计通用时序脉冲控制器的IP核(Intellectual Property core，IP core)，实现对多路脉冲信号的高精度控制，同时再利用NiosⅡ嵌入式软核处理器的多任务处理实现对时序数据、温度和端电压等的计算及显示，功能上融合了DSP和CPLD各自的优点。最后给出控制系统的性能测试结果，试验表明该方案可使系统运行可视化、结构一体化。　　通过建立EML系统的数学模型可以对发射速度进行预估，但前期预研设计阶段，存在尚不能进行实验评估这一事实，因此对于设计控制阶段，如何对速度进行多种手段的预测显得尤为重要，这不仅能够快速在线评估设计达标与否，更能从另一角度评估第三章中的瞬态模型的准确性。本文使用BP神经网络对发射性能进行建模，研究表明，该网络模型虽然可以很好的模拟发射过程，但仍然存在过度拟合等问题有待解决。如何改进BP神经网络的训练算法，优化网络结构，提高网络的泛化能力，需要进一步研究。