CN112596411A - 一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到固体火箭发动机喷管控制领域，具体涉及一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法。其步骤为：实物喷管装置充气加压，硬件系统加电，软件系统启动；实物喷管上安装的位移传感器的数据经过AD模块转换为数字量进入控制计算机中获取位移数据；通过计算得到喷管的倾斜角度；控制计算机通过与喷管当前角度的比较可以求得电动缸将要作动的位移值并将该值通过USB口发送至EtherCat控制器；Ethercat控制器通过现场总线将位移数据传递至对应的步进驱动器从而驱动电动缸作动；电动缸的实际作动位移量又一次被采集到计算机以判断是否到达指定位置，判断停止摆动。本发明提高单纯仿真方法控制的精度；有效提高驱动与控制的同步性。

Description

一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法

技术领域

本发明涉及到固体火箭发动机喷管控制领域，具体涉及一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法。

背景技术

固体火箭发动机喷管冷摆试验是具有喷管摆动功能的固体火箭发动机研制全生命周期中必须进行的试验项目。将弹性弹体数学模型用于摆动喷管推力矢量控制，对控制力作用下的不同喷管响应特性进行了初步分析；采用摆动喷管推力矢量控制弹性弹体数学模型建立，现代防御技术。

喷管冷摆试验主要是在将喷管安装在固体火箭发动机上进行相应试验前，对喷管进行的预摆动操作，考核其摆动角度是否符合设计要求及在预定摆动下喷管的可靠性。将作动器安装在喷管上，测控系统通过输入事先编好的喷管冷摆程序控制作动器带动喷管进行摆动。这是目前固体火箭发动机试验场所普遍采用的喷管冷摆方式。采用仿真方法对摆动喷管推力矢量控制进行分析，由于控制喷管摆动的角度数据是通过仿真方式得到，与实际摆动角度有一定偏差，再以它为基准控制喷管摆动，控制精度较差。

这种控制方式有以下三种问题：1）控制和摆动间同步性较差，一般为5ms左右，2）作动器精度要求很高，每发试验前都要送出去外检，且使用次数有限，某些型号发动机只允许使用新的作动器，这样每发试验作动器的成本相当高；3）一般型号发动机作动器重达百斤，每次试验都要人工反复安装几次，费时费力。综上，急需研究一种固体火箭发动机喷管冷摆的控制方法，实现高同步性、低成本、省时省力且控制精度符合要求的喷管摆动。

发明内容

本发明要解决的技术问题：

本发明提供一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法，以实现同步偏差小于1ms，并且能基于主站时钟进行调整；若邻近站点移除或发生故障，信息流自动环回，保障了通信网络的正常工作。

为解决技术问题采用的技术方案：

一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法，其步骤为：

S1：系统启动，实物喷管装置充气加压，硬件系统加电，软件系统启动；

S2：获取位移数据，实物喷管上安装的位移传感器的数据经过AD模块转换 为数字量进入控制计算机中获取位移数据；

S3：计算喷管倾斜角度，按照喷管摆动一定角度后与喷管原位置及位移传 感器的变化量组成了一个三角形，通过计算得到喷管的倾斜角度；

其中，δ为喷管倾斜角度，L₀为线位移传感器的零位长度，L₁为喷管摆动一 定角度后线位移传感器的长度，α为喷管力臂；

S4：接收作动位移值，当控制计算机接收到摆动角度指令后，控制计算机 通过与喷管当前角度的比较可以求得电动缸将要作动的位移值并将该值通过 USB口发送至EtherCat控制器；

S5：控制器驱动作动，Ethercat控制器通过现场总线将位移数据传递至对 应的步进驱动器从而驱动电动缸作动；

S6：停止摆动，电动缸的实际作动位移量又一次被采集到计算机以判断是 否到达指定位置，如果喷管的实际摆动角度与上位机指令角度相同，则停止摆 动；否则返回S2继续向下进行，直到喷管的实际摆动角度与上位机指令角度相 同。

进一步地，所述S5中描述的控制器现场总线包括主站发送数据、从站接收数据、数据处理、主站接收数据，

①主站发送数据

主站发送数据帧与从站进行通信；

②从站接收数据

数据中每个子报文依据命令和地址信息判断从站是否被寻址到，按照设备的连接顺序，第一个从站如果判断寻址成功则开始拷贝和处理子报文数据；

③数据处理

从站接收到正确数据后，从数据帧子报文中完成数据提取和插入，在处理过程中，可以由硬件实现对传输数据的交换，省略编码解码步骤提高效率；

④主站接收数据

数据处理完成后或者该从站不是被正确寻址的从站，报文会被自动转发传输到连接的下一个从站，如果该从站未连接后续从站，报文将原路返回至上一个从站或主站，报文返回到主站时，即完成了整个报文通信过程。

获得的有益效果：

本发明是采用半实物仿真方式进行喷管摆动控制，一方面以通过安装在喷管上的位移传感器测试到的实际位移数据为基准进行喷管摆动控制，提高单纯仿真方法控制的精度；另一方面以RTX和Ethercat相互配合作为半实物仿真驱动的核心，在确保喷管摆动控制精度前提下，有效提高驱动与控制的同步性。

附图说明

图1：一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法的流程图；

图2：控制器现场总线工作的流程图；

图3：喷管冷摆角度设定曲线；

图4：采用半实物控制方法得出的反馈摆角曲线。

具体实施方式

下面结合附图和某型号模拟发动机喷管冷摆的具体实施对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法由系统启动、获取位移数据、计算喷管倾斜角度、接收作动位移值、控制器驱动作动、停止摆动六个步骤组成。

1）系统启动

实物喷管装置充气加压，硬件系统加电，软件系统启动。

2）获取位移数据

实物喷管Ⅲ象限上安装的1个位移传感器的数据经过AD模块转换为数字量进入控制计算机中获取相应的位移数据。

3)计算喷管倾斜角度

按照喷管摆动一定角度后与喷管原位置及位移传感器的变化量组成了一个 三角形，通过计算得到喷管的倾斜角度。

其中，δ为喷管倾斜角度，L₀为线位移传感器的零位长度，L₁为喷管摆动一 定角度后线位移传感器的长度，α为喷管力臂。

对于某型号模拟发动机喷管，L₀为198mm，α为55mm。

4）接收作动位移值

当控制计算机接收到喷管摆动角度指令（即图3的曲线）后，控制计算机通过与喷管当前角度的比较可以求得电动缸将要作动的位移值并将该值通过USB口发送至EtherCat控制器。

5）控制器驱动作动

Ethercat控制器通过现场总线将位移数据传递至对应的步进驱动器从而驱动电动缸作动。

6）停止摆动

电动缸的实际作动位移量又一次被采集到计算机以判断是否到达指定位置，实物喷管的实际摆动角度与上位机指令角度相同，则停止了喷管摆动。图4为采用半实物控制方法得出的反馈摆角曲线。

图3和图4曲线对比，可得出采用半实物控制方法得出的反馈摆角曲线与摆角设定曲线基本一致。

5）中描述的控制器现场总线包括主站发送数据、从站接收数据、数据处理、主站接收数据。

①主站发送数据

主站发送数据帧与从站进行通信。

②从站接收数据

数据中每个子报文依据命令和地址信息判断从站是否被寻址到。按照设备的连接顺序，第一个从站如果判断寻址成功则开始拷贝和处理子报文数据，

③数据处理

从站接收到正确数据后，从数据帧子报文中完成数据提取和插入。在处理过程中，可以由硬件实现对传输数据的交换，省略编码解码步骤提高效率。

④主站接收数据

数据处理完成后或者该从站不是被正确寻址的从站，报文会被自动转发传输到连接的下一个从站。如果该从站未连接后续从站，报文将原路返回至上一个从站或主站。报文返回到主站时，即完成了整个报文通信过程。

Claims (2)

1.一种固体火箭发动机喷管冷摆的半实物控制方法，其特征在于：

S1：系统启动，实物喷管装置充气加压，硬件系统加电，软件系统启动；

S2：获取位移数据，实物喷管上安装的位移传感器的数据经过AD模块转换为数字量进入控制计算机中获取位移数据；

S3：计算喷管倾斜角度，按照喷管摆动一定角度后与喷管原位置及位移传感器的变化量组成了一个三角形，通过计算得到喷管的倾斜角度；

其中，δ为喷管倾斜角度，L₀为线位移传感器的零位长度，L₁为喷管摆动一定角度后线位移传感器的长度，α为喷管力臂；

S4：接收作动位移值，当控制计算机接收到摆动角度指令后，控制计算机通过与喷管当前角度的比较可以求得电动缸将要作动的位移值并将该值通过USB口发送至EtherCat控制器；

S5：控制器驱动作动，Ethercat控制器通过现场总线将位移数据传递至对应的步进驱动器从而驱动电动缸作动；

S6：停止摆动，电动缸的实际作动位移量又一次被采集到计算机以判断是否到达指定位置，如果喷管的实际摆动角度与上位机指令角度相同，则停止摆动；否则返回S2继续向下进行，直到喷管的实际摆动角度与上位机指令角度相同。

2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机喷管冷摆半实物控制方法，其特征在于：所述S5中描述的控制器现场总线包括主站发送数据、从站接收数据、数据处理、主站接收数据，

①主站发送数据

主站发送数据帧与从站进行通信；

②从站接收数据

数据中每个子报文依据命令和地址信息判断从站是否被寻址到，按照设备的连接顺序，第一个从站如果判断寻址成功则开始拷贝和处理子报文数据；

③数据处理

从站接收到正确数据后，从数据帧子报文中完成数据提取和插入，在处理过程中，可以由硬件实现对传输数据的交换，省略编码解码步骤提高效率；

④主站接收数据

数据处理完成后或者该从站不是被正确寻址的从站，报文会被自动转发传输到连接的下一个从站，如果该从站未连接后续从站，报文将原路返回至上一个从站或主站，报文返回到主站时，即完成了整个报文通信过程。

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