[發明專利]衛星閉環測試噴氣推力控制的計算方法

有效

• 申請號: 201210025122.7
• 申請日: 2012-02-06
• 公開（公告）號: CN102591209A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 李化義;李冬柏;耿云海;曹喜濱;徐國棟;吳麗娜;管宇;王峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;朱世定

技術領域

本發明涉及衛星測試領域，具體涉及一種衛星閉環測試噴氣推力控制的計算方法，屬于衛星姿態與軌道控制分系統閉環測試領域。

背景技術

衛星姿態與軌道參數控制分系統閉環測試是衛星測試的重要內容，目的是檢驗控制系統方案以及控制算法和軟件設計的合理性、正確性。噴氣推力是衛星姿態與軌道參數控制常用控制方式。

閉環測試系統一般包括姿態與軌道控制計算機、執行機構、敏感器模擬器、動力學計算機，其中敏感器模擬器可以在動力學計算機中采用數學模型模擬。姿態與軌道控制計算機進行控制力矩和推力計算，執行機構接收姿態與軌道控制計算機的控制命令輸出控制力矩和推力，動力學計算機接收執行機構輸出進行衛星姿態與軌道計算，敏感器模擬器接收動力學計算機的輸出將衛星姿態和軌道信息發送給姿態與軌道控制計算機。一般姿態與軌道控制周期是動力學計算周期的整數倍。

噴氣推力控制是衛星姿態與軌道控制常用控制方式，噴氣推力系統作為衛星的執行機構一般由噴氣推力控制器和發動機組成。噴氣推力控制器接收姿態與軌道控制計算機的控制命令，向發動機發出控制信號，該信號一般是脈沖信號用于控制發動機噴氣閥門的開關，而發動機噴氣閥門一般采用繼電器控制，由于其繼電器特性導致噴氣推力是非線性的。當發動機噴氣閥門接收到打開信號后，噴氣推力剛開始是逐漸上升的，到達一定時間后穩定，而不是噴氣閥門一打開推力馬上穩定到理想的推力；當發動機噴氣閥門接收到關閉信號后，也不是立即關閉，而是噴氣推力逐漸下降直道關閉，有一個延遲過程。噴氣推力控制衛星進行閉環測試時，噴氣推力控制器作為執行機構接入測試系統，由于安全原因發動機一般不接入閉環測試系統。

一般衛星控制閉環測試時噴氣推力計算方法，是直接采集噴氣推力控制器的指令信號，動力學計算時根據每個動力學計算周期噴氣推力控制器指令打開時刻計算推力。采用這種計算方法，由于未考慮發動機噴氣閥門開關非線性的影響，測試結果不準確、可信度低，更嚴重的是對于采用噴氣推力進行姿態控制的衛星，測試結果有可能衛星在空間運行狀態相差很大，比如閉環測試顯示衛星可以穩定運行，而實際上，由于發動機噴氣閥門非線性影響，衛星在空間運行是不能穩定的。

由于噴氣推力器發動機閥門開特性導致噴氣推力是非線性的，尤其是短脈沖推力非線性嚴重，同時閉環測試時動力學計算周期遠小于姿態與軌道控制周期(噴氣推力控制周期)，一次噴氣推力可能覆蓋多個動力學計算周期。因此，在衛星閉環測試中，亟需一種衛星閉環測試噴氣推力控制的計算方法，解決如何計算每個動力學計算周期內的噴氣推力的問題，并解決如何將噴氣推力的閥門特性進行建模，及將其非線性描述引入到閉環測試系統中，以使閉環仿真測試更準確，更可信，更近似實際情況的問題。

發明內容

本發明的目的是，提出一種衛星閉環測試噴氣推力控制的計算方法，解決如何計算每個動力學計算周期內的噴氣推力的問題，并解決如何將噴氣推力的閥門特性進行建模，及將其非線性描述引入到閉環測試系統中，以使閉環仿真測試更準確，更可信，更近似實際情況的問題。

為了實現本發明目的，本發明技術方案為：本發明公開一種衛星閉環測試噴氣推力控制的計算方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據噴氣發動機點火試驗數據，建立噴氣推力密度分布函數c(t)，通過分段線性化，描述發動機噴氣閥門開關程度，即噴氣推力密度隨時間t變化的過程；

步驟S2：通過噴氣推力密度分布函數c(t)，將噴氣指令打開時刻t_s轉換為噴氣閥門打開時刻t_s+T_do，將噴氣指令關閉時刻t_p轉換為噴氣閥門關閉時刻t_p+T_dc；

步驟S3：確定噴氣推力指令打開時刻t_s、噴氣指令關閉時刻t_p在多個動力學計算周期內的分布；

步驟S4：建立噴氣閥門打開時刻t_s+T_do、噴氣閥門關閉時刻t_p+T_dc與動力學計算時刻t_k+1、t_k+n+1的關系；