[發(fā)明專利]一種變推力火箭發(fā)動機(jī)推力控制方法

有效

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• 申請日: 2021-06-19
• 公開（公告）號: CN113250860B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡潤生;吳建軍;程玉強(qiáng);楊述明;劉育瑋;戚元杰;崔孟瑜;鄧凌志;石業(yè)輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: F02K9/80
• 分類號: F02K9/80;F02K9/56
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 關(guān)洪濤

1.一種變推力火箭發(fā)動機(jī)推力控制方法，其特征在于：包括以下步驟，

S1、根據(jù)電機(jī)和泵的動力學(xué)方程，得到電動泵系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式；

S2、對所述電動泵系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式進(jìn)行線性化，得到電動泵系統(tǒng)增量形式的線性化方程；

S3、依據(jù)增量形式的線性化方程，根據(jù)采用的控制策略，采用設(shè)定的方法確定控制器增益；

S4、將得到的控制器增益帶入到整個系統(tǒng)中去，對于液氧路和甲烷路分別以推力和混合比為控制目標(biāo)進(jìn)行仿真計算，根據(jù)仿真結(jié)果判斷控制器增益是否可行，若可行，控制器設(shè)計完成；若控制效果達(dá)不到設(shè)定要求，重復(fù)步驟S3并根據(jù)采用的方法調(diào)整控制器增益的計算，直至達(dá)到設(shè)定的控制效果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變推力火箭發(fā)動機(jī)推力控制方法，其特征在于：所述電動泵系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式表示成：

其中，表示X的導(dǎo)數(shù)，x＝[x₁ x₂ x₃]^T，x₁，x₂和x₃為狀態(tài)變量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變推力火箭發(fā)動機(jī)推力控制方法，其特征在于：所述步驟S1中的電機(jī)和泵的動力學(xué)方程為：

其中，U_m是電機(jī)電壓，R_m是電機(jī)線圈電阻，i_m是電機(jī)電流，L_m是電機(jī)電感，t是時間，e_m是電機(jī)反電動勢，ω是電機(jī)轉(zhuǎn)動角速度，C_e是電機(jī)反電動勢和轉(zhuǎn)矩系數(shù)，C_e0是電機(jī)反電動勢和轉(zhuǎn)矩系數(shù)常數(shù)，ω_R是參考轉(zhuǎn)動角速度，是燃料或者氧化劑質(zhì)量流量，是燃料或者氧化劑質(zhì)量流量的參考值，J_m是電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，f_m是電機(jī)的摩擦系數(shù)，T是驅(qū)動泵的負(fù)載力矩，IF是電動泵流體慣性、T_R電動泵參考扭矩、θ是電動泵特性角，N_s是電動泵比轉(zhuǎn)速，WH和WT是θ和N_e的函數(shù)，ρ為進(jìn)出泵流體的平均密度，g為重力加速度，a₁和a₂是常系數(shù)；

三個狀態(tài)變量x₁，x₂和x₃分別為i_m，ω和同時系統(tǒng)的輸入量u和輸出量y分別為U_m和

其中：

h(X，u)＝x₃。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變推力火箭發(fā)動機(jī)推力控制方法，其特征在于：所述步驟S2中的公式在工況X＝X₀，u＝u₀的增量形式的線性化方程可以表示為以下形式：

其中ΔX＝X-X₀，Δu＝u-u₀；

根據(jù)以上公式可得出：

Δy＝CΔX+DΔu；

其中，

C＝[0 0 1]；

D＝0。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變推力火箭發(fā)動機(jī)推力控制方法，其特征在于：所述步驟S3中設(shè)定的方法包括極點配置、遺傳算法或Matlab工具包方法。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變推力火箭發(fā)動機(jī)推力控制方法，其特征在于：所述步驟S2中方程根據(jù)其狀態(tài)空間矩陣A、B、C和D可以求解出一組控制器增益。