一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法及系统
技术领域
本发明涉及飞行器控制技术领域,特别涉及一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法及系统。
背景技术
液体火箭通过发动机摆动实现姿态控制时,需要通过PID等控制方法计算所需的伺服摆角指令,而由于受箭体各种晃动、震动、弹性等特性及惯组敏感到信号的震动特性等的影响,为了保证火箭的稳定性,需要对计算的伺服摆角指令进行滤波与校正。
传统方式采取PD或PID控制方法,为了保证火箭的刚体、晃动、弹性等稳定性,对计算的伺服摆角指令进行滤波与校正,常用的方法有惯性滤波器设计、二阶滤波器设计、高阶滤波器设计、陷波器设计等。上述滤波与校正网络设计方法较为复杂,需要专业知识较为深厚的专业人士根据每个火箭的特性专门进行设计,且由于每个火箭的特性不一样,需要对每一发火箭进行独特的分析与设计,不具有通用性。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例的目的在于提供一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法及系统,能够直接输出成最终的伺服摆角指令,大大降低了工作的难度与复杂度。
第一方面,本发明实施例提供了一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法,其中,包括:
分别计算俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的初始控制指令δ′ψc和δ′γc。
分别确定一个控制周期内俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的当前第K步的滤波控制指令δ′ψc(K)和δ′γc(K)。
在一个控制周期内对三个通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为0。
设计参数值。
代入参数值,计算一个控制周期内三个通道的当前步骤的控制信号。
在一个控制周期内,将三个通道的初始控制指令和滤波控制指令每一步骤依次赋值给下一步骤,得到最终的伺服机构摆角指令。
结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中,所述在一个控制周期内对三个通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为0,包括:
对俯仰通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
对偏航通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
δ′ψc(K-6)=0δψc(K-6)=0
δ′ψc(K-5)=0δψc(K-5)=0
δ′ψc(K-4)=0δψc(K-4)=0
0δ′ψc(K-3)=0,δψc(K-3)=0。
δ′ψc(K-2)=0δψc(K-2)=0
δ′ψc(K-1)=0δψc(K-1)=0
δ′ψc(K)=0δψc(K)=0
对滚转通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
δ′γc(K-6)=0δγc(K-6)=0
δ′γc(K-5)=0δγc(K-5)=0
δ′γc(K-4)=0δγc(K-4)=0
0δ′γc(K-3)=0,δγc(K-3)=0。
δ′γc(K-2)=0δγc(K-2)=0
δ′γc(K-1)=0δγc(K-1)=0
δ′γc(K)=0δγc(K)=0
结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式,其中,所述设计参数值,包括:
a0=0.030613978997604,a1=-0.054008942596040,
a2=-0.032496325125475,a3=0.108538118008518,
a4=-0.026158871578845,a5=-0.054188810719318,
a6=0.028381582399876,
b0=1,b1=-4.949344216577249,
b2=10.380335574199037,b3=-11.801650512176469,
b4=7.671390111811185,b5=-2.704486027368425,
b6=0.404435799498239。
其中a为第一参数,b为第二参数,下标的取值为从一个控制周期内的初始步到第K步,K=6。
结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式,其中,所述代入参数值,计算一个控制周期内三个通道的当前步骤的控制信号,包括:
计算一个控制周期内俯仰通道的当前步骤的控制信号
计算一个控制周期内偏航通道的当前步骤的控制信号
计算一个控制周期内滚转通道的当前步骤的控制信号
结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式,其中,所述在一个控制周期内,将三个通道的初始控制指令和滤波控制指令每一步骤依次赋值给下一步骤,得到最终的伺服机构摆角指令,包括:
将俯仰通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
将偏航通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
将滚转通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
将俯仰通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
将偏航通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
将滚转通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
将俯仰通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
将偏航通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
将滚转通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
将俯仰通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
将偏航通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
将滚转通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
将俯仰通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
将偏航通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
将滚转通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
将俯仰通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
将偏航通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
将滚转通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
第二方面,本发明实施例还提供了一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计系统,其中,包括:
初始计算模块,用于分别计算俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的初始控制指令δ′ψc和δ′γc。
滤波指令模块,用于分别确定一个控制周期内俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的当前第K步的滤波控制指令δ′ψc(K)和δ′γc(K)。
初始赋值模块,用于在一个控制周期内对三个通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为0。
参数设计模块,用于设计参数值。
控制信号计算模块,用于代入参数值,计算一个控制周期内三个通道的当前步骤的控制信号。
赋值模块,用于在一个控制周期内,将三个通道的初始控制指令和滤波控制指令每一步骤依次赋值给下一步骤,得到最终的伺服机构摆角指令。
结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式,其中,所述初始赋值模块包括:
俯仰通道初始赋值单元,用于对俯仰通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
偏航通道初始赋值单元,用于对偏航通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
滚转通道初始赋值单元,用于对滚转通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式,其中,所述参数设计模块包括:
第一参数设计单元,用于设计第一参数a,a0=0.030613978997604,a1=-0.054008942596040,a2=-0.032496325125475,
a3=0.108538118008518,a4=-0.026158871578845,
a5=-0.054188810719318,a6=0.028381582399876。
第二参数设计单元,用于设计第二参数b,b0=1,b1=-4.949344216577249,b2=10.380335574199037,
b3=-11.801650512176469,b4=7.671390111811185,
b5=-2.704486027368425,b6=0.404435799498239。
其中下标的取值为从一个控制周期内的初始步到第K步,K=6。
结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式,其中,所述控制信号计算模块包括:
俯仰计算单元,用于计算一个控制周期内俯仰通道的当前步骤的控制信号
偏航计算单元,用于计算一个控制周期内偏航通道的当前步骤的控制信号
滚转计算单元,用于计算一个控制周期内滚转通道的当前步骤的控制信号
结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式,其中,所述赋值模块包括:
第一俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
第一偏航赋值单元,用于将偏航通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
第一滚转赋值单元,用于将滚转通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
第二俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
第二偏航赋值单元,用于将偏航通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
第二滚转赋值单元,用于将滚转通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
第三俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
第三偏航赋值单元,用于将偏航通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
第三滚转赋值单元,用于将滚转通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
第四俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
第四偏航赋值单元,用于将偏航通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
第四滚转赋值单元,用于将滚转通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
第五俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
第五偏航赋值单元,用于将偏航通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
第五滚转赋值单元,用于将滚转通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
第六俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
第六偏航赋值单元,用于将偏航通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
第六滚转赋值单元,用于将滚转通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
本发明实施例的有益效果是:
本发明提出了一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法,对伺服机构摆角指令的控制网络设计进行了通用化设计与处理,综合应用惯性滤波器设计、二阶滤波器设计、高阶滤波器设计、陷波器设计等各种方法,通过模拟网络设计、综合、处理,离散成数字控制网络的参数,固化后直接套用固定公式即可,适用于大部分液体火箭。且经过设计后的控制网络,封装成液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计系统,便于大部分火箭生成控制指令后,直接调用此系统,输出成最终的伺服摆角指令,大大降低了工作的难度与复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
请参照图1,本发明的第一个实施例提供一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法,包括:分别计算俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的初始控制指令δ′ψc和δ′γc。
分别确定一个控制周期内俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的当前第K步的滤波控制指令δ′ψc(K)和δ′γc(K)。
在一个控制周期内对三个通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为0。
设计参数值。
代入参数值,计算一个控制周期内三个通道的当前步骤的控制信号。
在一个控制周期内,将三个通道的初始控制指令和滤波控制指令每一步骤依次赋值给下一步骤,得到最终的伺服机构摆角指令。
其中,所述在一个控制周期内对三个通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为0,包括:
对俯仰通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
对偏航通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
δ′ψc(K-6)=0δψc(K-6)=0
δ′ψc(K-5)=0δψc(K-5)=0
δ′ψc(K-4)=0δψc(K-4)=0
0δ′ψc(K-3)=0,δψc(K-3)=0。
δ′ψc(K-2)=0δψc(K-2)=0
δ′ψc(K-1)=0δψc(K-1)=0
δ′ψc(K)=0δψc(K)=0
对滚转通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
δ′γc(K-6)=0δγc(K-6)=0
δ′γc(K-5)=0δγc(K-5)=0
δ′γc(K-4)=0δγc(K-4)=0
0δ′γc(K-3)=0,δγc(K-3)=0。
δ′γc(K-2)=0δγc(K-2)=0
δ′γc(K-1)=0δγc(K-1)=0
δ′γc(K)=0δγc(K)=0
其中,所述设计参数值,包括:
a0=0.030613978997604,a1=-0.054008942596040,
a2=-0.032496325125475,a3=0.108538118008518,
a4=-0.026158871578845,a5=-0.054188810719318,
a6=0.028381582399876,
b0=1,b1=-4.949344216577249,
b2=10.380335574199037,b3=-11.801650512176469,
b4=7.671390111811185,b5=-2.704486027368425,
b6=0.404435799498239。
其中a为第一参数,b为第二参数,下标的取值为从一个控制周期内的初始步到第K步,K=6。
其中,所述代入参数值,计算一个控制周期内三个通道的当前步骤的控制信号,包括:
计算一个控制周期内俯仰通道的当前步骤的控制信号
计算一个控制周期内偏航通道的当前步骤的控制信号
计算一个控制周期内滚转通道的当前步骤的控制信号
其中,所述在一个控制周期内,将三个通道的初始控制指令和滤波控制指令每一步骤依次赋值给下一步骤,得到最终的伺服机构摆角指令,包括:
将俯仰通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
将偏航通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
将滚转通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
将俯仰通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
将偏航通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
将滚转通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
将俯仰通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
将偏航通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
将滚转通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
将俯仰通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
将偏航通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
将滚转通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
将俯仰通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
将偏航通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
将滚转通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
将俯仰通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
将偏航通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
将滚转通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
本发明的第二个实施例提供一种液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计系统,其中,包括:
初始计算模块,用于分别计算俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的初始控制指令δ′ψc和δ′γc。
滤波指令模块,用于分别确定一个控制周期内俯仰通道偏航通道ψ和滚转通道γ三个通道的当前第K步的滤波控制指令δ′ψc(K)和δ′γc(K)。
初始赋值模块,用于在一个控制周期内对三个通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为0。
参数设计模块,用于设计参数值。
控制信号计算模块,用于代入参数值,计算一个控制周期内三个通道的当前步骤的控制信号。
赋值模块,用于在一个控制周期内,将三个通道的初始控制指令和滤波控制指令每一步骤依次赋值给下一步骤,得到最终的伺服机构摆角指令。
其中,所述初始赋值模块包括:
俯仰通道初始赋值单元,用于对俯仰通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
偏航通道初始赋值单元,用于对偏航通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
滚转通道初始赋值单元,用于对滚转通道的初始控制指令和滤波控制指令的每一步骤赋初值为
其中,所述参数设计模块包括:
第一参数设计单元,用于设计第一参数a,a0=0.030613978997604,a1=-0.054008942596040,a2=-0.032496325125475,
a3=0.108538118008518,a4=-0.026158871578845,
a5=-0.054188810719318,a6=0.028381582399876。
第二参数设计单元,用于设计第二参数b,b0=1,b1=-4.949344216577249,b2=10.380335574199037,
b3=-11.801650512176469,b4=7.671390111811185,
b5=-2.704486027368425,b6=0.404435799498239。
其中下标的取值为从一个控制周期内的初始步到第K步,K=6。
其中,所述控制信号计算模块包括:
俯仰计算单元,用于计算一个控制周期内俯仰通道的当前步骤的控制信号
偏航计算单元,用于计算一个控制周期内偏航通道的当前步骤的控制信号
滚转计算单元,用于计算一个控制周期内滚转通道的当前步骤的控制信号
其中,所述赋值模块包括:
第一俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
第一偏航赋值单元,用于将偏航通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
第一滚转赋值单元,用于将滚转通道的前五步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前六步
第二俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
第二偏航赋值单元,用于将偏航通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
第二滚转赋值单元,用于将滚转通道的前四步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前五步
第三俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
第三偏航赋值单元,用于将偏航通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
第三滚转赋值单元,用于将滚转通道的前三步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前四步
第四俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
第四偏航赋值单元,用于将偏航通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
第四滚转赋值单元,用于将滚转通道的前二步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前三步
第五俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
第五偏航赋值单元,用于将偏航通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
第五滚转赋值单元,用于将滚转通道的前一步骤的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前二步
第六俯仰赋值单元,用于将俯仰通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
第六偏航赋值单元,用于将偏航通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
第六滚转赋值单元,用于将滚转通道的前步的初始控制指令和滤波控制指令赋值给前一步
本发明实施例旨在保护一种火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法及系统,具备如下效果:
1.本发明对伺服机构摆角指令的控制网络设计进行了通用化设计与处理,综合应用惯性滤波器设计、二阶滤波器设计、高阶滤波器设计、陷波器设计等各种方法,通过模拟网络设计、综合、处理,离散成数字控制网络的参数,固化后直接套用固定公式即可,适用于大部分液体火箭。
2.经过设计后的控制网络,封装成液体火箭伺服机构摆角的控制网络设计系统,便于大部分火箭生成控制指令后,直接调用此系统,输出成最终的伺服摆角指令,大大降低了工作的难度与复杂度。
本发明实施例所提供的火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法及装置的计算机程序产品,包括存储了程序代码的计算机可读存储介质,程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法,具体实现可参见方法实施例,在此不再赘述。
具体地,该存储介质能够为通用的存储介质,如移动磁盘、硬盘等,该存储介质上的计算机程序被运行时,能够执行上述火箭伺服机构摆角的控制网络设计方法,从而能够输出成最终的伺服摆角指令,大大降低了工作的难度与复杂度。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。