[發明專利]一種針對離子電推進系統的連續變推力最優控制系統和方法

有效

• 申請號: 202110997091.0
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113738606B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 劉晨星;王成飛;方正;楊福全;劉貴忠;耿海
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.一種針對離子電推進系統的連續變推力最優控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立控制量和推進器推力網絡以及工作效率網絡、以及推力網絡損失函數和工作效率損失函數，通過輸出推力的損失函數，訓練推力網絡中的參數，通過工作效率的損失函數，訓練工作效率網路的損失函數，獲得訓練后的推力網絡和工作效率網絡，所述控制量包括陽極流率、陽極電流和勵磁電流；

步驟2，通過訓練后的推力網絡和工作效率網絡，建立輸出推力的優化模型，所述優化模型以輸出推力與推力需求誤差值最小化，以及推進器工作效率最大化為目標；

步驟3，建立控制器，所述控制器包括優化器和調節器，所述優化器為控制量的控制網絡，控制量的控制網絡通過控制量的損失函數優化參數后獲得，所述控制量的損失函數通過優化模型獲得，所述調節器為陽極流率開環控制，陽極電流和勵磁電流閉環增量式的PID控制調節器；

步驟4，劃分推力控制階段為控制周期和調節周期，控制周期期間，上位機下達推力需求指令；調節周期期間，控制器輸出實時的最優控制量，整個推進器獲得最優推力且整個推進器的工作效率最優。

2.根據權利要求1所述的一種針對離子電推進系統的連續變推力最優控制方法，其特征在于，步驟1中，通過地面試驗數據建立推力網絡以及工作效率網絡。

3.根據權利要求1所述的一種針對離子電推進系統的連續變推力最優控制方法，其特征在于，步驟1中，所述推力網絡為：

f₁(u；θ₁)＝f₁(u_x,u_y,u_z；θ₁) (2)

所述推力網絡的損失函數為：

L₁(θ₁)＝(F-f₁(u；θ₁))² (1)；

u為控制量，其中u_x為陽極流率、u_y陽極電流、u_z為勵磁電流，F為u對應的真實推力值。

4.根據權利要求3所述的一種針對離子電推進系統的連續變推力最優控制方法，其特征在于，步驟1中，所述工作效率網絡為：

f₂(u；θ₂)＝f₂(u_x,u_y,u_z；θ₂) (4)

所述工作效率網絡損失函數為

L₂(θ₂)＝(E-f₂(u；θ₂))² (3)

u為控制量，其中u_x為陽極流率、u_y陽極電流、u_z為勵磁電流，E為u對應的真實工作效率值。

5.根據權利要求4所述的一種針對離子電推進系統的連續變推力最優控制方法，其特征在于，步驟2中，所述優化模型為：

其中，N為控制周期內調節周期個數，F_target為推力需求值；f₁(u(k))與f₂(u(k))分別表示第k調節周期離子電推進系統的輸出推力與工作效率；χ為終端約束集合；為系統控制量約束集合。