CN107885949A - 开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，包括如下步骤：步骤一，将动力系统指令的时间按照对控制指令的周期整除向下取整序列化为非负整数；步骤二，将姿轨控发动机的开启与关闭的继电延迟和机械延迟等响应延迟特性按照对控制系统指令周期整除向上取整为延迟次数；步骤三，若此刻控制系统指令为开启，则将关指令复位0、开指令累增1，并转至步骤四，否则若此刻控制系统指令为关闭，则将开指令复位0、关指令累增1，转至步骤五。本发明能最大程度考虑动力系统的响应特性，保证控制系统的设计能尽可能拟合逼近姿轨控直接力发动机的实时推力值来克服动力系统的延迟特性影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机应用领域，具体地，涉及一种开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法。
背景技术
姿轨控发动机采用燃气推动阀体运动，其阀门采用电磁阀来控制开关启闭。电磁阀一般采用直线电机或电磁铁，但是实际的电机或电磁系统在响应上会有时间延迟：电机由于位置往返转动驱动阀芯运动需要耗时；而电磁铁是电感元件具有很强的电磁惯性,因此不管采用哪种阀门控制方式都不可能实现姿轨控动力完全意义上的无滞后快速响应，尤其阀门的关闭往往需要克服燃烧室压力做功，其延迟响应可能会更加严峻。
传统的姿轨控发动机控制系统设计一般会将可重复启闭的推力建模成方波或者三角波形式，然后通过在推力值上加上一定的随机干扰来逼近真实的动力系统推力响应；但是这种建模方式不能最大程度的呈现发动机的响应特性，尤其在控制系统设计时没有将发动机阀门的延迟考虑其中，导致控制系统启闭指令逻辑不能很好地适应姿轨控发动机本体特征，导致燃烧室腔壁压强起浮，从而不能最大程度发挥动力系统性能，影响最终的脱靶量。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其能最大程度考虑动力系统的响应特性，保证控制系统的设计能尽可能拟合逼近姿轨控直接力发动机的实时推力值来克服动力系统的延迟特性影响。
根据本发明的一个方面，提供一种开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将动力系统指令的时间按照对控制指令的周期整除向下取整序列化为非负整数；
步骤二，将姿轨控发动机的开启与关闭的继电延迟和机械延迟等响应延迟特性按照对控制系统指令周期整除向上取整为延迟次数；
步骤三，若此刻控制系统指令为开启，则将关指令复位0、开指令累增1，并转至步骤四，否则若此刻控制系统指令为关闭，则将开指令复位0、关指令累增1，转至步骤五；
步骤四，此时指令为开启，根据当前开启指令累计数与阀门开启延迟的大小关系，确定开启指令对应的推力值；
步骤五，此时指令为关闭，根据当前关闭指令累计数与阀门关闭延迟的大小关系，及步骤六保存的上一周期指令对应的推力值，确定关闭指令对应的推力值；
步骤六，将步骤四或步骤五中获得的推力即当前指令对应的推力值，并保存之，然后重复步骤三～步骤六。
优选地，所述步骤一将动力系统指令的时间按照对控制指令周期整除向下取整序列化为非负整数，如下式：
这里表示向下取整，t为当前指令时间(一直自然递增)，k为对时间的离散化序列值，T为控制指令周期。
优选地，所述步骤二将姿轨发动机的开启与关闭的继电延迟和机械延迟等响应延迟特性按照对控制系统指令周期整除向上取整为延迟次数，如下式：
这里表示向上取整，t1、t2、t3、t4分别表示发动机的开启继电延迟时间、开启机械延迟时间、关闭继电延迟时间、关闭机械延迟时间；td1、tr1、td2、tr2分别表示上述时间对控制系统指令周期整除向上取整的延迟次数。
优选地，所述步骤三，若当前k周期控制系统指令onoff为开启，则将关指令数off复位0、开指令数on累增1，并转至步骤四；
否则若当前k周期控制系统指令onoff为关闭，则将开指令数on复位0、关指令数off累增1，转至步骤五；
这里onoff即控制系统的指令状态，或为开启或为关闭。
优选地，所述步骤四，当前k周期指令为开启，将Fm标记为额定推力，则当前指令onoff对应的推力F为如下式：
即若当前k周期开启指令累计数on大于阀门开启延迟(含继电延迟和机械延迟)次数td1+tr1，说明动力系统处于稳定开启状态，推力为额定推力值；
若当前k周期开启指令累计数on大于阀门开启继电延迟次数td1，说明动力系统处于推力建立阶段；
若当前k周期开启指令累计数on小于阀门开启继电延迟次数td1，说明动力系统电磁系统正在响应但尚未产生推力。
优选地，所述步骤五，当前k周期指令为关闭，若k-1周期指令对应的推力Fp＝0，则F＝0；否则若k-1周期指令对应的推力Fp≠0，则当前k周期指令onoff对应的推力F为如下式：
即若当前k周期阀门紧闭或当前关闭指令累计数off大于阀门关闭延迟(含继电延迟和机械延迟)次数td2+tr2，说明动力系统处于稳定关闭状态，推力为0；
若当前k周期开启指令累计数off大于阀门开启继电延迟次数td2，说明动力系统处于推力尚在下降阶段；
若当前k周期开启指令累计数off小于阀门开启继电延迟次数td2，且k-1周期输出推力为额定推力，则此刻依然为额定推力，说明动力电磁系统正在响应但阀门尚未紧闭；
若当前k周期开启指令累计数off小于阀门开启继电延迟次数td2，且k-1周期推力小于额定推力，则此时推力应在k-1周期推力基础上继续增大直至达到额定推力为止，说明动力电磁系统还待k-1周期响应完毕。
优选地，所述步骤六，将从步骤四或步骤五获得的推力值F标记为Fp，即该k指令周期对应的发动机推力，然后进入k+1周期，重复步骤三～步骤六。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明能最大程度考虑动力系统的响应特性，保证控制系统的设计能尽可能拟合逼近姿轨控直接力发动机的实时推力值来克服动力系统的延迟特性影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为姿轨控直接力发动机的指令对应的理想推力曲线示意图；
图2为姿轨控直接力发动机的指令考虑延迟特性情况下对应的实际推力曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法
所述步骤一，将动力系统指令的时间按照对控制指令周期整除向下取整序列化为非负整数，即如下式(1)：
这里表示向下取整，t为当前指令时间(一直自然递增)，k为对时间的离散化序列值，T为控制指令周期。
所述步骤二，将姿轨发动机的开启与关闭的继电延迟和机械延迟等响应延迟特性按照对控制系统指令周期整除向上取整为延迟次数，如下式(2)：
这里表示向上取整，t1、t2、t3、t4分别表示发动机的开启继电延迟时间、开启机械延迟时间、关闭继电延迟时间、关闭机械延迟时间；td1、tr1、td2、tr2分别表示上述时间对控制系统指令周期整除向上取整的延迟次数。
所述步骤三，若当前k周期控制系统指令onoff为开启，则将关指令数off复位0、开指令数on累增1，并转至步骤四；否则若当前k周期控制系统指令onoff为关闭，则将开指令数on复位0、关指令数off累增1，转至步骤五。
这里onoff即控制系统的指令状态，或为开启或为关闭。
所述步骤四，当前k周期指令为开启，将Fm标记为额定推力，则当前指令onoff对应的推力F为，如下式(3)：
即若当前k周期开启指令累计数on大于阀门开启延迟(含继电延迟和机械延迟)次数td1+tr1，说明动力系统处于稳定开启状态，推力为额定推力值；若当前k周期开启指令累计数on大于阀门开启继电延迟次数td1，说明动力系统处于推力建立阶段；若当前k周期开启指令累计数on小于阀门开启继电延迟次数td1，说明动力系统电磁系统正在响应但尚未产生推力。
所述步骤五，当前k周期指令为关闭，若k-1周期指令对应的推力Fp＝0，则F＝0；否则若k-1周期指令对应的推力Fp≠0，则当前k周期指令onoff对应的推力F为，如下式(4)：
即若当前k周期阀门紧闭或当前关闭指令累计数off大于阀门关闭延迟(含继电延迟和机械延迟)次数td2+tr2，说明动力系统处于稳定关闭状态，推力为0；若当前k周期开启指令累计数off大于阀门开启继电延迟次数td2，说明动力系统处于推力尚在下降阶段；若当前k周期开启指令累计数off小于阀门开启继电延迟次数td2，且k-1周期输出推力为额定推力，则此刻依然为额定推力，说明动力电磁系统正在响应但阀门尚未紧闭；若当前k周期开启指令累计数off小于阀门开启继电延迟次数td2，且k-1周期推力小于额定推力，则此时推力应在k-1周期推力基础上继续增大直至达到额定推力为止，说明动力电磁系统还待k-1周期响应完毕。
所述步骤六，将从步骤四或步骤五获得的推力值F标记为Fp，即该k指令周期对应的发动机推力，然后进入k+1周期，重复步骤三～步骤六。
本发明以对指令的离散序列化方式将姿轨控直接力发动机的实时推力连续值归化为序列化状态时离散值，并将动力系统的启闭延迟特性等效为延迟周期数，通过对当前指令的启闭状态实时跟踪与连续统计(即对上一周期中推力值的比较和统计)，从而获得实时启闭状态分别对应的推力值，该建模方法能最大程度的呈现发动机的响应特性，使得在控制系统设计时克服姿轨控直接力延迟特性的影响。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将动力系统指令的时间按照对控制指令的周期整除向下取整序列化为非负整数；
步骤二，将姿轨控发动机的开启与关闭的继电延迟和机械延迟等响应延迟特性按照对控制系统指令周期整除向上取整为延迟次数；
步骤三，若此刻控制系统指令为开启，则将关指令复位0、开指令累增1，并转至步骤四，否则若此刻控制系统指令为关闭，则将开指令复位0、关指令累增1，转至步骤五；
步骤四，此时指令为开启，根据当前开启指令累计数与阀门开启延迟的大小关系，确定开启指令对应的推力值；
步骤五，此时指令为关闭，根据当前关闭指令累计数与阀门关闭延迟的大小关系，及步骤六保存的上一周期指令对应的推力值，确定关闭指令对应的推力值；
步骤六，将步骤四或步骤五中获得的推力即当前指令对应的推力值，并保存之，然后重复步骤三～步骤六。
2.根据权利要求1所述的开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，所述步骤一将动力系统指令的时间按照对控制指令周期整除向下取整序列化为非负整数，如下式：
这里表示向下取整，t为当前指令时间(一直自然递增)，k为对时间的离散化序列值，T为控制指令周期。
3.根据权利要求1所述的开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，所述步骤二将姿轨发动机的开启与关闭的继电延迟和机械延迟等响应延迟特性按照对控制系统指令周期整除向上取整为延迟次数，如下式：
这里表示向上取整，t1、t2、t3、t4分别表示发动机的开启继电延迟时间、开启机械延迟时间、关闭继电延迟时间、关闭机械延迟时间；td1、tr1、td2、tr2分别表示上述时间对控制系统指令周期整除向上取整的延迟次数。
4.根据权利要求1所述的开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，所述步骤三，若当前k周期控制系统指令onoff为开启，则将关指令数off复位0、开指令数on累增1，并转至步骤四；
否则若当前k周期控制系统指令onoff为关闭，则将开指令数on复位0、关指令数off累增1，转至步骤五；
这里onoff即控制系统的指令状态，或为开启或为关闭。
5.根据权利要求1所述的开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，所述步骤四，当前k周期指令为开启，将Fm标记为额定推力，则当前指令onoff对应的推力F为如下式：
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即若当前k周期开启指令累计数on大于阀门开启延迟(含继电延迟和机械延迟)次数td1+tr1，说明动力系统处于稳定开启状态，推力为额定推力值；
若当前k周期开启指令累计数on大于阀门开启继电延迟次数td1，说明动力系统处于推力建立阶段；
若当前k周期开启指令累计数on小于阀门开启继电延迟次数td1，说明动力系统电磁系统正在响应但尚未产生推力。
6.根据权利要求1所述的开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，所述步骤五，当前k周期指令为关闭，若k-1周期指令对应的推力Fp＝0，则F＝0；否则若k-1周期指令对应的推力Fp≠0，则当前k周期指令onoff对应的推力F为如下式：
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即若当前k周期阀门紧闭或当前关闭指令累计数off大于阀门关闭延迟(含继电延迟和机械延迟)次数td2+tr2，说明动力系统处于稳定关闭状态，推力为0；
若当前k周期开启指令累计数off大于阀门开启继电延迟次数td2，说明动力系统处于推力尚在下降阶段；
若当前k周期开启指令累计数off小于阀门开启继电延迟次数td2，且k-1周期输出推力为额定推力，则此刻依然为额定推力，说明动力电磁系统正在响应但阀门尚未紧闭；
若当前k周期开启指令累计数off小于阀门开启继电延迟次数td2，且k-1周期推力小于额定推力，则此时推力应在k-1周期推力基础上继续增大直至达到额定推力为止，说明动力电磁系统还待k-1周期响应完毕。
7.根据权利要求1所述的开关式姿轨控直接力发动机推力建模方法，其特征在于，所述步骤六，将从步骤四或步骤五获得的推力值F标记为Fp，即该k指令周期对应的发动机推力，然后进入k+1周期，重复步骤三～步骤六。
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|---|---|---|---|---|
| CN112836290A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-25 | 聊城大学 | 一种基于系统输出的自由活塞直线电机匹配优化方法 |
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|---|---|
| CN107885949B (zh) | 2020-11-24 |
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