[發明專利]一種適應飛行器推力離散特性的控制參數調整方法

有效

• 申請號: 201810935661.1
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN108958038B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 馮昊;陳光山;奚勇;夏斌;廖幻年;沈紅祥;馬學銘
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 圣冬冬

本發明公開了一種適應飛行器推力離散特性的控制參數調整方法，包括:確定馬赫數作為參數調整的基礎變量；選擇馬赫數作為控制參數分檔調整依據；根據馬赫數選擇相應的特征點，結合飛行器基本氣動特性，設計控制參數，擬合出馬赫數與控制參數的變化規律，獲得控制參數隨馬赫數變化的計算公式；分析飛行器動力系數與動壓的對應關系，在步驟三的基礎上進一步擬合包線內動壓與控制參數的變化規律，獲得隨動壓和馬赫數變化的計算公式；考慮典型溫度下彈性模態頻率隨時間變化規律，選擇最低的模態頻率狀態作為設計狀態進行濾波器設計，濾波器中心頻率隨時間不斷變化，保持與彈性模態變化規律一致，提高系統在不同飛行狀態下的穩定性和對高頻振動的抑制能力。

技術領域

本發明涉及戰術武器飛行控制領域，具體涉及采用固體火箭發動機的助推飛行器穩定控制系統參數調整方法，以提高飛行器對推力離散特性的適應能力和飛行控制品質。

背景技術

飛行器推力源自發動機內燃料燃燒，外部環境溫度對燃料的燃燒快慢有影響，除了速度的差異外，還導致高低溫狀態下飛行器質量、質心、轉動慣量等總體參數的變化呈現出明顯的差異。在不同的溫度狀態下，上述參數隨時間變化的離散性強，因此根據時間變量進行控制參數調整的方法對環境溫度引起的推力離散特性的適應能力較差，影響整個飛行階段的控制品質。

發明內容

為解決飛行器推力離散特性帶來的一系列問題，尋找與發動機推力、質量、質心、轉動慣量等總體參數相關性較強的物理量，作為飛行器控制參數調整的依據，從一定程度上規避推力離散特性帶來的影響，并提供一種適應飛行器推力離散特性的控制參數調整方法實現過載穩定控制。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

步驟一：確定馬赫數作為參數調整的基礎變量；

步驟二：選擇馬赫數作為控制參數分檔調整依據

步驟三：根據馬赫數選擇相應的特征點，結合飛行器基本氣動特性，利用控制理論的知識，設計控制參數，擬合出馬赫數與控制參數的變化規律，獲得控制參數隨馬赫數變化的計算公式；

步驟四：分析飛行器動力系數與動壓的對應關系，在步驟三的基礎上進一步擬合包線內動壓與控制參數的變化規律，獲得隨動壓和馬赫數變化的計算公式；

步驟五：整個飛行包線內飛行器并不是純粹的剛體，飛行過程中容易出現彈性振型，考慮典型溫度下彈性模態頻率隨時間變化規律，選擇最低的模態頻率狀態作為設計狀態進行濾波器設計，濾波器中心頻率隨時間不斷變化，保持與彈性模態變化規律一致，提高系統在不同飛行狀態下的穩定性和對高頻振動的抑制能力。

進一步，根據發動機工作溫度包絡內的推力變化曲線，計算典型溫度狀態(常溫、高溫、低溫)下的理論彈道，分析飛行器推力、質量、轉動慣量等總體參數隨時間和隨馬赫數的變化規律，分析結果表明總體參數隨馬赫數的一致性明顯優于前者，選擇馬赫數作為調參依據，物理意義更明確。選擇常溫狀態作為額定設計狀態。

進一步，飛行器飛行包線大，不同速度、高度下的氣動特性差異明顯，根據不同馬赫數區間內的氣動特性，在步驟一的基礎上對飛行馬赫數進行分檔。根據彈上捷聯導航系統計算得到的馬赫數作為控制參數計算的基本輸入，對輸入馬赫數進行限幅處理，并根據馬赫數的大小對飛行階段進行劃分；

進一步，所述步驟五中典型溫度包括常溫、高溫、低溫。

本發明的優點包括：分析不同狀態下飛行器總體參數變化規律以及飛行包線內的氣動特性，以馬赫數為依據進行分檔，物理概念清晰；控制參數設計過程中選擇馬赫數和動壓作為參數調整的基礎變量，以適應推力離散特性；為抑制飛行過程中彈性振動影響，根據彈性模態變化規律，有針對性地設計濾波器，提高飛行控制系統穩定性和全包線內的飛行控制品質。

附圖說明

圖1為本發明所提供的俯仰(偏航)通道過載穩定控制回路結構示意圖。