[發(fā)明專利]一種彈性濾波器設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111499268.0
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114398755A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李耀方;岳小飛;王志軍;黃曉平;唐夢瑩;周一凡;劉李雷;楊凱銅;楊躍;韓明晶;李鈞;趙寧;彭彥召;李文偉;彭焱;劉欣
• 申請（專利權(quán)）人: 航天科工火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42235
• 代理人: 李恭渝

1.一種彈性濾波器設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于運(yùn)載火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定和抑制箭體的彈性振動(dòng)，所述運(yùn)載火箭是軸對稱形狀，俯仰通道和偏航通道的姿態(tài)控制方式和彈性濾波器設(shè)計(jì)方式相同，其特征在于包括如下步驟

步驟一：挑選需要設(shè)計(jì)的飛行時(shí)間點(diǎn)T和所述飛行時(shí)間點(diǎn)T下箭體的彈性振動(dòng)頻率omga0(rad/s)，根據(jù)確定的所述飛行時(shí)間點(diǎn)T和所述飛行時(shí)間點(diǎn)T對應(yīng)的總體參數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算箭體傳遞函數(shù)Gjt、彈性振動(dòng)傳遞函數(shù)Gtx、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)Gzx、以及設(shè)計(jì)的校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)Gjz；

步驟二：計(jì)算系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：Gkh＝(Gjt+Gtx)×Gzx×Gjz；通過開環(huán)傳遞函數(shù)，計(jì)算控制系統(tǒng)在固定彈性頻率點(diǎn)omga0下的幅值裕度，記為GmMargin0(dB)；

步驟三：根據(jù)彈性頻率拉偏范圍，上下限分別記為omga1(rad/s)和omga2(rad/s)，固定彈性頻率點(diǎn)omga0下的要求的設(shè)計(jì)幅值裕度為GmMargin1(dB)；

步驟四：確定需要設(shè)計(jì)的濾波深度為，Rs＝|GmMargin1-GmMargin0|；

步驟五：設(shè)定控制系統(tǒng)的控制步長為Tfk，根據(jù)彈性頻率上下拉偏范圍，計(jì)算此濾波器在控制系統(tǒng)下的濾波寬度omgaP，

omgaP＝[omga0/2π、omga1/2π]×Tfk×2

步驟六：通過步驟四和步驟五得到的濾波深度和寬度，設(shè)計(jì)此彈性濾波器為連續(xù)域?yàn)V波器Glb2(s)；

步驟七：將連續(xù)域中的濾波器傳遞函數(shù)Glb2帶入系統(tǒng)的開環(huán)控制函數(shù)Gkh_All＝(Gjt+Gtx)×Gzx×Gjz×Glb2,計(jì)算控制回路中彈性頻率點(diǎn)omga0處的幅值裕度；

步驟八：利用步驟七設(shè)計(jì)好的連續(xù)域?yàn)V波器Glb2(s)，分別在箭體上下拉偏工況下，計(jì)算判斷頻率點(diǎn)的幅值裕度是否滿足設(shè)計(jì)要求；若存在上下拉偏工況下不滿足系統(tǒng)幅值裕度要求的情況時(shí)，回到步驟四和步驟五，適當(dāng)調(diào)整濾波深度和寬度，進(jìn)行后續(xù)的操作設(shè)計(jì)和判斷。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟六中首先設(shè)計(jì)的彈性濾波器為二階的切比雪夫帶阻濾波器，通過設(shè)置帶阻濾波器的濾波寬度和濾波深度，設(shè)計(jì)出該離散域?yàn)V波器Glb1(z)的分子和分母的系數(shù)，所述濾波器的離散域?yàn)V波器傳遞函數(shù)為：

其中A1、A2、A3、A4、A5和B1、B2、B3、B4、B5分別為離散域?yàn)V波器傳遞函數(shù)Glb1(z)分子、分母的系數(shù)，Z表示離散的采樣點(diǎn)；*號為乘號；

將離散域?yàn)V波器Glb1(z)轉(zhuǎn)換為連續(xù)域?yàn)V波器Glb2(s)，Z表示連續(xù)的采樣點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟六中通過雙線性變化將離散域轉(zhuǎn)換為連續(xù)域?yàn)V波器Glb2(s)，所述雙線性變化的方法具體為：

將離散域?yàn)V波器傳遞函數(shù)Glb1(z)中的Z用替換進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)換成連續(xù)域下的傳遞函數(shù)Glb2(s)；其中T為采樣時(shí)間，大小與系統(tǒng)的控制步長Tfk相同；*號為乘號。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟八中適當(dāng)調(diào)整濾波深度和寬度的原則和方法是：

對于運(yùn)載火箭而言，控制系統(tǒng)在額定工況狀態(tài)下的幅值裕度大于等于6dB,上下拉偏工況下幅值裕度大于等于3dB；當(dāng)設(shè)計(jì)出來的濾波器在彈性頻率點(diǎn)處的幅值裕度小于指標(biāo)要求時(shí)，增大濾波深度和寬度即可完成目標(biāo)要求。