[發(fā)明專(zhuān)利]一種彈性濾波器設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111499268.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114398755A
• 公開(kāi)（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(mèng)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(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 航天科工火箭技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 武漢智匯為專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 42235
• 代理人: 李恭渝

本發(fā)明涉及一種彈性濾波器設(shè)計(jì)方法，包括步驟：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；計(jì)算控制系統(tǒng)在固定彈性頻率點(diǎn)omga0下的幅值裕度；固定彈性頻率點(diǎn)omga0下的要求的設(shè)計(jì)幅值裕度；確定需要設(shè)計(jì)的濾波深度；計(jì)算此濾波器在控制系統(tǒng)下的濾波寬度；設(shè)計(jì)此彈性濾波器為連續(xù)域?yàn)V波器；計(jì)算控制回路中彈性頻率點(diǎn)omga0處的幅值裕度；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。本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，在濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中，知道具體某個(gè)頻率點(diǎn)的濾波深度和濾波寬度的情況下，最多通過(guò)一次或者兩次就可以設(shè)計(jì)出來(lái)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運(yùn)載火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種彈性濾波器設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在運(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)是極其重要的一個(gè)任務(wù)。因?yàn)槿绻w的彈性振動(dòng)不能很快衰減，而是等幅振蕩甚至發(fā)散，這不僅會(huì)使彈體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到破壞，也對(duì)剛性彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性極為不利。如果在控制系統(tǒng)回路中引入慣組敏感到的彈性角速率信息后，經(jīng)導(dǎo)航、制導(dǎo)計(jì)算得到的姿態(tài)角偏差信號(hào)中包含明顯的的彈性分量，經(jīng)校正網(wǎng)絡(luò)計(jì)算得到的控制指令中亦包含高頻彈性頻率信息。執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有飽和特性，尤其伺服機(jī)構(gòu)的速度特性容易進(jìn)入飽和狀態(tài)，伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)入非線性飽和工作狀態(tài)后，會(huì)使剛體控制信號(hào)減小，嚴(yán)重時(shí)控制系統(tǒng)將不能有足夠的偏轉(zhuǎn)角、角速度來(lái)提供需要的控制力，隨之導(dǎo)致姿態(tài)角偏差增大以至失穩(wěn)。

目前解決箭體彈性振動(dòng)的途徑主要有兩種：一是運(yùn)用魯棒控制理論設(shè)計(jì)出統(tǒng)一的控制器，二是采用濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)彈性振動(dòng)進(jìn)行抑制；在實(shí)際的工程應(yīng)用中上具有廣泛的形式就是設(shè)計(jì)一種陷波濾波器，穩(wěn)定和抑制箭體的彈性振動(dòng)。但是在實(shí)際進(jìn)行陷波器設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)提供的彈性參數(shù)，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，如果彈性參數(shù)有上下拉偏的情況下，很難確定陷波器明確陷波器的深度和寬度，需要根據(jù)通過(guò)蒙特卡洛打靶仿真進(jìn)行測(cè)試得出設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足要求，反復(fù)設(shè)計(jì)，不斷迭代，使得工程任務(wù)量增大，延緩甚至嚴(yán)重耽誤設(shè)計(jì)進(jìn)度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種彈性濾波器設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)方式簡(jiǎn)單快速，相當(dāng)程度上減少設(shè)計(jì)時(shí)間從而加快研制設(shè)計(jì)進(jìn)度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種彈性濾波器設(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(duì)稱(chēng)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(duì)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：Gkh＝(Gjt+Gtx)×Gzx×Gjz。通過(guò)開(kāi)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(zhǎng)為T(mén)fk，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(guò)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)；