CN114962198A - 一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及霍尔电推进技术领域，具体而言，涉及一种阳极电流‑推进剂流量闭环控制方法，应用于霍尔电推进贮供单元上，包括如下步骤：步骤1：霍尔电推进控制软件进入“阳极电流‑流量调节”闭环控制模式，推力器处于阳极束流引出状态；步骤2：判读阳极电压、阳极电流是否处于正常值范围；步骤3：判读阳极电流是否大于额定工作点上限设定值；步骤4：判读阳极电流是否小于额定工作点下限设定值；步骤5：判读是否到推进设定时间。本申请作为“压力传感器在轨失效”故障处理的备份方案，实现小功率霍尔电推进系统的在轨运行可靠度的提高，直接通过“阳极电流‑推进剂流量”闭环控制方法来稳定霍尔推力器的推力输出。
Description
技术领域
本申请涉及霍尔电推进技术领域，具体而言，涉及一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法。
背景技术
霍尔电推进系统主要由推力器、电源处理单元、贮供单元、以及加载到电源处理单元上的控制软件组成。霍尔推力器是产生推力的执行单机，在额定供电、供气条件下要求实现设计推力输出。电源处理单元由功率模块和控制模块组成，其中功率模块接受卫星一次母线供电输入，将卫星电能转换为推力器工作所需的电功率，控制模块联合控制软件执行与卫星主控计算机的通信、霍尔推力器供电与供气驱动、逻辑与时序控制、系统健康状态监测与故障处理等功能。贮供单元由推进剂贮存模块、调压模块、流量分配模块组成，推进剂贮存模块主要用于存储高压工作介质，调压模块采用BangBang电磁阀实现贮供单元的减压与调压功能，流量分配模块实现阳极、阴极两路微小流量的分配。
一般，阳极供气流量的稳定性是决定霍尔推力器推力稳定性的主要因素，通常以控制调压模块的压力稳定度来确保阳极流率的稳定性，一旦监测调压模块的压力传感器出现故障，则会造成阳极与阴极流量失控，无法为推力器提供额定的工质流量，使得推力器工作失效。
由此在霍尔电推进控制软件设计中，提出“阳极电流-推进剂流量”闭环控制方法，作为“调压模块压力直接调节流率”控制方法的备份方案，使得系统在调压模块压力传感器故障的情况下，切换至“阳极电流-推进剂流量”闭环调节模式，仍能确保霍尔电推进系统的正常工作。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，在贮供单元调压模块的压力传感器故障或不配置压力传感器的情况下，实现推进剂流量的稳定供给，维持霍尔推力器推力的稳定输出。
为了实现上述目的，本申请提供了一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，应用于霍尔电推进贮供单元上，包括如下步骤：步骤1：霍尔电推进控制软件进入“阳极电流-流量调节”闭环控制模式，推力器处于阳极束流引出状态；步骤2：判读阳极电压、阳极电流是否处于正常值范围；步骤3：判读阳极电流是否大于额定工作点上限设定值；步骤4：判读阳极电流是否小于额定工作点下限设定值；步骤5：判读是否到推进设定时间。
进一步的，步骤2中，如果阳极电压、阳极电流超出正常值范围，则执行阳极输出故障处理步骤，如果阳极电压、阳极电流在正常值范围内，则继续进行步骤3的判读。
进一步的，步骤3中，如果阳极电流大于额定工作点上限设定值，则跳到步骤5进行判读，如果阳极电流不大于额定工作点上限设定值，则继续进行步骤4的判读。
进一步的，步骤4中，如果阳极电流小于额定工作点下限设定值，则执行阀门组件调压操作，如果阳极电流不小于额定工作点下限设定值，则继续进行步骤5的判读。
进一步的，步骤5中，如果已经达到推进设定时间，阳极电流-流量调节闭环控制模式自主运行结束，如果没有达到推进设定时间，则会返回步骤2，继续监测阳极电流的变化情况。
进一步的，执行阳极输出故障处理步骤后，阳极电流-流量调节闭环控制模式自主运行结束。
进一步的，执行阀门组件调压操作后，按设定延时判读阳极电流。
进一步的，按设定延时判读阳极电流，然后返回步骤2，继续监测阳极电流的变化情况。
进一步的，阀门组件为BangBang电磁阀组件。
进一步的，阀门组件调压操作过程中需按照设定次数调节BangBang电磁阀组件。
本发明提供的一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，具有以下有益效果：
本申请作为“压力传感器在轨失效”故障处理的备份方案，根据压力监测值直接进行BangBang调压，降低贮供单元调压模块的制造成本，即在不增加压力传感器冗余备份的条件下，配合“监测压力传感器-BangBang阀”传统方式，实现小功率霍尔电推进系统的在轨运行可靠度的提高，或者省去“压力传感器”的配置，直接通过“阳极电流-推进剂流量”闭环控制方法来稳定霍尔推力器的推力输出。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法的步骤图；
图2是根据本申请实施例提供的霍尔电推进贮供单元的结构示意图；
图中：HPV-高压储罐、LPV-低压缓冲罐、FDV-推进剂加排阀、B-BVs-BangBang调压阀组、HPT-高压压力传感器、LPT-低压压力传感器、FLV-低压流量输出自锁阀、FA-阳极流量节流器、FC-阴极流量节流器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本申请提供了一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，应用于霍尔电推进贮供单元上，包括如下步骤：步骤1：霍尔电推进控制软件进入“阳极电流-流量调节”闭环控制模式，推力器处于阳极束流引出状态；步骤2：判读阳极电压、阳极电流是否处于正常值范围；步骤3：判读阳极电流是否大于额定工作点上限设定值；步骤4：判读阳极电流是否小于额定工作点下限设定值；步骤5：判读是否到推进设定时间。
具体的，本申请实施例提供的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法主要应用在霍尔电推进贮供单元上，如图2所示，霍尔电推进贮供单元主要包括高压储罐HPV、低压缓冲罐LPV、推进剂加排阀FDV、BangBang调压阀组B-BVs、高压压力传感器HPT、低压压力传感器LPT、低压流量输出自锁阀FLV、阳极流量节流器FA以及阴极流量节流器FC，其中推进剂加排阀FDV和高压压力传感器HPT与高压储罐HPV连接，低压流量输出自锁阀FLV和低压压力传感器LPT与低压缓冲罐LPV连接，BangBang调压阀组B-BVs设置在高压储罐HPV和低压缓冲罐LPV之间，阳极流量节流器FA和阴极流量节流器FC与低压流量输出自锁阀FLV连接。在本申请实施例中，以推力器阳极电流作为推进剂流量供给稳定性的判据，由电源处理单元控制软件定时判读阳极电流输出值，并与阳极电流设定阈值进行比较，当阳极电流低于设定阈值下限值时，执行设定次数的BangBang调压动作，使低压缓冲罐LPV压力增加，阳极流量节流器FA和阴极流量节流器FC流量增加；当阳极电流高于设定阈值上限值时，不执行BangBang调压动作，维持低压缓冲罐LPV的当前压力值，以及当前阳极流量节流器FA和阴极流量节流器FC的流量输出。
进一步的，步骤2中，如果阳极电压、阳极电流超出正常值范围，则执行阳极输出故障处理步骤，如果阳极电压、阳极电流在正常值范围内，则继续进行步骤3的判读。
进一步的，步骤3中，如果阳极电流大于额定工作点上限设定值，则跳到步骤5进行判读，如果阳极电流不大于额定工作点上限设定值，则继续进行步骤4的判读。
进一步的，步骤4中，如果阳极电流小于额定工作点下限设定值，则执行阀门组件调压操作，如果阳极电流不小于额定工作点下限设定值，则继续进行步骤5的判读。
进一步的，步骤5中，如果已经达到推进设定时间，阳极电流-流量调节闭环控制模式自主运行结束，如果没有达到推进设定时间，则会返回步骤2，继续监测阳极电流的变化情况。
进一步的，执行阳极输出故障处理步骤后，阳极电流-流量调节闭环控制模式自主运行结束。
进一步的，执行阀门组件调压操作后，按设定延时判读阳极电流。
进一步的，按设定延时判读阳极电流，然后返回步骤2，继续监测阳极电流的变化情况。
进一步的，阀门组件为BangBang电磁阀组件。
进一步的，阀门组件调压操作过程中需按照设定次数调节BangBang电磁阀组件。
具体的，本申请实施例提供的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，首先将霍尔电推进控制软件程序进入阳极电流-流量调节闭环控制模式，执行一系列供电、供气相关的准备操作后，使得推力器处于阳极束流引出状态；随后程序判读阳极电压、阳极电流是否处于正常范围(该范围由推力器工作点及电源处理单元特性决定)，如超出正常值范围，则程序执行阳极输出故障处理相关操作，之后程序转入阳极电流-流量调节自主运行结束，如阳极电压、阳极电流在正常范围内，则程序会继续判读阳极电流是否大于额定工作点上限设置值；如果阳极电流大于设定上限值，则程序转向判读是否到推进设定时间，即不执行BangBang调压阀组B-BVs的调压动作，保持低压缓冲罐LPV当前压力值，以及当前阳极流量节流器FA和阴极流量节流器FC的流量输出；如果阳极电流不大于阳极电流设定上限值，程序转向判读阳极电流是否小于额定工作点下限设定值，如果“是”则程序按设定次数开BangBang，执行BangBang调压阀组B-BVs的调压操作，设定次数取决于贮供单元-推力器之间的管路长度及口径，之后程序转入按设定延时判读阳极电流，延时由推力稳定度要求确定，完成BangBang调压阀组B-BVs调压操作后，低压缓冲罐LPV压力增加，阳极流量节流器FA和阴极流量节流器FC流量增加，程序则会返回判读阳极电压、阳极电流是否处于正常值范围，继续监测阳极电流的变化情况；如果阳极电流大于阳极电流设定下限值，程序转向判读是否到推进设定时间，即不执行BangBang调压阀组B-BVs的调压动作，保持低压缓冲罐LPV当前压力值，以及当前阳极流量节流器FA和阴极流量节流器FC的流量输出；程序判读是否到推进设定时间时，到达推进设定时间，程序则转向阳极电流-流量调节自主运行结束，没有到达推进设定时间，程序返回判读阳极电压、阳极电流是否处于正常值范围，继续监测阳极电流的变化情况。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，应用于霍尔电推进贮供单元上，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：霍尔电推进控制软件进入“阳极电流-流量调节”闭环控制模式，推力器处于阳极束流引出状态；
步骤2：判读阳极电压、阳极电流是否处于正常值范围；
步骤3：判读阳极电流是否大于额定工作点上限设定值；
步骤4：判读阳极电流是否小于额定工作点下限设定值；
步骤5：判读是否到推进设定时间。
2.如权利要求1所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，步骤2中，如果阳极电压、阳极电流超出正常值范围，则执行阳极输出故障处理步骤，如果阳极电压、阳极电流在正常值范围内，则继续进行步骤3的判读。
3.如权利要求2所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，步骤3中，如果阳极电流大于额定工作点上限设定值，则跳到步骤5进行判读，如果阳极电流不大于额定工作点上限设定值，则继续进行步骤4的判读。
4.如权利要求3所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，步骤4中，如果阳极电流小于额定工作点下限设定值，则执行阀门组件调压操作，如果阳极电流不小于额定工作点下限设定值，则继续进行步骤5的判读。
5.如权利要求4所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，步骤5中，如果已经达到推进设定时间，阳极电流-流量调节闭环控制模式自主运行结束，如果没有达到推进设定时间，则会返回步骤2，继续监测阳极电流的变化情况。
6.如权利要求2所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，执行阳极输出故障处理步骤后，阳极电流-流量调节闭环控制模式自主运行结束。
7.如权利要求4所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，执行阀门组件调压操作后，按设定延时判读阳极电流。
8.如权利要求7所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，按设定延时判读阳极电流，然后返回步骤2，继续监测阳极电流的变化情况。
9.如权利要求7所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，所述阀门组件为BangBang电磁阀组件。
10.如权利要求9所述的阳极电流-推进剂流量闭环控制方法，其特征在于，阀门组件调压操作过程中需按照设定次数调节BangBang电磁阀组件。
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