[發明專利]一種變推力發動機壓力反饋控制參數自整定方法

有效

• 申請號: 202110450193.0
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113236443B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 段鑫;陳井剛;劉曉麗;錢鳴;孫長宏;彭文博
• 申請（專利權）人: 上海新力動力設備研究所
• 主分類號: F02K9/08
• 分類號: F02K9/08;F02K9/86;F02K9/96
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種變推力發動機壓力反饋控制參數自整定方法，其特征在于，包括下列步驟：

(1)制定發動機反饋壓力判讀方式；設置變推力發動機最大調節壓力與對應推力，采用多傳感器、多測量點冗余測量發動機工作壓力，選擇測試數據一致或接近的部分數據，去除偏差較大的數據，取測試平均值作為當前狀態反饋量；

(2)根據控制精度和最低控制壓力設定控制死區值；

(3)對變推力發動機壓力進行反饋控制；所述步驟(3)的具體過程為：

31)向發動機發送目標壓力信號，發動機工作，壓力傳感器輸出反饋值，完成一個周期內的控制；

32)采集當前傳感器信號，按照步驟(1)所述的方式讀取當前壓力值；

33)建立發動機狀態參數與反饋壓力的對應變化關系；

34)根據發動機當前工作狀態，解算出發動機狀態調節響應時間常數及開環增益系數，自整定控制參數，給出調節輸出量；

35)調節喉部面積，完成一個控制周期內的壓力調節；

36)設置飽和控制量。

2.根據權利要求1所述的一種變推力發動機壓力反饋控制參數自整定方法，其特征在于：所述步驟(1)的具體過程為：

設置多個測壓點和傳感器，各傳感器測試數據兩兩求差值，去除測試數據相差最大的兩個數據點，其余數據點取平均值作為反饋壓力數據。

3.根據權利要求1所述的一種變推力發動機壓力反饋控制參數自整定方法，其特征在于：所述步驟(2)的具體過程為：設計允許的壓力最大控制偏差量，當由壓力傳感器反饋的壓力值與控制器測量得到的目標壓力值的偏差量大于允許的壓力最大控制偏差量，則進入步驟(3)進行控制調節；否則為控制死區，不進行調節，返回步驟(1)，繼續下一步循環調節。

4.根據權利要求1所述的一種變推力發動機壓力反饋控制參數自整定方法，其特征在于：所述步驟31)的具體過程為：

向發動機發送目標壓力信號和點火信號，發動機點火工作后壓力傳感器反饋的實際壓力偏離設定的目標壓力，偏差量經控制參數運算后給出動態調節量，完成一個周期內的控制。

5.根據權利要求4所述的一種變推力發動機壓力反饋控制參數自整定方法，其特征在于：所述步驟33)的具體過程為：

建立發動機自由容積與工作壓力的對應變化關系，在下一個控制周期內根據變推力發動機工作狀態計算壓力閉環控制系統的時間常數和系統增益系數，所述變推力發動機工作狀態包含壓力傳感器反饋的當前工作壓力和發動機自由容積，自由容積的增大量與發動機工作壓力及推進劑燃燒速率相耦合，推進劑燃燒速率由實時反饋壓力進行計算，在控制算法程序中對預示燃面與推進劑燃燒速率進行積分獲得自由容積增量：

其中，V_g0為發動機初始自由容積，A_b為推進劑燃燒面積，a為推進劑燃速系數，p為發動機工作壓力，n為推進劑壓力指數。

6.根據權利要求5所述的一種變推力發動機壓力反饋控制參數自整定方法，其特征在于：所述步驟34)的具體過程為：

建立狀態參數與控制系統時間常數與開環增益的變化關系，對壓力調節響應系統按照小偏差線性化理論進行線性化處理，得到發動機狀態調節響應時間常數與開環增益的解算關系

其中，Γ為推進劑比熱函數，c*為推進劑特征速度，A_t為噴管喉部面積，ρ_p為推進劑密度，A_b為推進劑燃燒面積，a為推進劑燃速系數，p為發動機工作壓力，n為推進劑壓力指數；

根據當前控制周期內的發動機調節系統時間常數與增益系統，自調節控制參數，當時間常數增大時系統響應變慢，通過增大比例控制環參數進行改善，當開環增益增大時系統易出現超調振蕩，通過減小比例環和積分環控制參數進行改善，具體方法如下：

k_p＝k_p0+aT_p-bK，

k_i＝k_i0-cK，

其中，k_p0、k_i0分別為比例環、積分環的初始控制參數，a、b、c為調節修正系數。