一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制方法、装置，方法包括如下步骤：开启RCS反作用推力器，将连续力矩调制成所述RCS的控制指令，用以在有效采样周期内产生和所述连续力矩具有等价性的离散力矩。本发明专利技术采用PWM调制方法，可将RCS姿态控制的设计解耦成两个相互独立的设计环节：姿态控制器设计和PWM调制器设计。姿态控制器在连续域内进行设计，假定RCS输出连续力矩，可利用成熟的线性系统设计理论；PWM调制器将姿态控制器输出的连续力矩调制成RCS的开关指令，产生和连续力矩具有等价性的离散力矩。而从简化RCS控制器的设计，同时降低RCS流量消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反作用推力器调制方法，特别涉及一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器脉冲宽度调制方法、装置。
技术介绍
卫星、飞船和可重复使用运载器普遍使用反作用推力器(Reaction Control System,RCS)来进行姿态调节。由于RCS具有离散的工作特点，只能工作在全开或关闭状态，无法产生连续的控制力矩。因此在实际使用时，需采用调制方法，以使RCS产生等效的连续力矩。目前工程上普遍使用的RCS调制方法为施密特触发器方式，当姿态控制误差超出控制门限时，RCS开启，当姿态控制误差低于控制门限时RCS关闭。这种方式虽然容易实现，但由于施密特触发器本身是一种非线性环节，因此无法利用成熟的线性控制方法进行分析和设计，必须利用非线性工具，如描述函数法或相平面法；另外，施密特触发器基于的控制原理为bang-bang控制，对RCS流量需求较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，简化RCS控制器的设计，同时降低RCS流量消耗，实现脉冲宽度调节的反作用推力器调制。解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制方法，包括如下步骤：开启RCS反作用推力器，将连续力矩调制成所述RCS的控制指令，用以在有效采样周期内产生和所述连续力矩具有等价性的离散力矩。更进一步，所述有效采样周期是指：线性连续域内。更进一步，所述控制指令为开关指令。更进一步，采用占空比作为所述RCS控制指令。更进一步，所述占空比表示所述RCS开启时间与采样周期之间的比值，取值范围为[0 1]。更进一步，所述连续力矩Mc＝Mrcs·DR，Mrcs为喷管力矩。更进一步，所述有效采样周期其中ωh为控制系统中最高频率分量。更进一步，所述有效采样周期ωc为RCS姿态控制系统中姿态控制器截止频率。更进一步，所述RCS采用离散或者开关型的工作模式。本专利技术还提供了一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制装置，包括姿态控制器和PWM调制器，所述姿态控制器，用以根据姿态误差在RCS反作用推力器中输出连续力矩；所述PWM调制器，用以将所述连续力矩调制成所述RCS的控制指令，用以在有效采样周期内产生和所述连续力矩具有等价性的离散力矩。本专利技术的有益效果：1)本专利技术中的一种基于脉冲宽度调节(Pulse-Width Modulation,PWM)的RCS调制方法；采用PWM调制方法，可将RCS姿态控制的设计解耦成两个相互独立的设计环节：姿态控制器设计和PWM调制器设计。姿态控制器在连续域内进行设计，假定RCS输出连续力矩，可利用成熟的线性系统设计理论；PWM调制器将姿态控制器输出的连续力矩调制成RCS的开关指令，产生和连续力矩具有等价性的离散力矩。2)采用PWM调制方法使得RCS姿态控制器的分析和设计能够利用成熟的线性系统控制理论，降低了设计难度。同时，由于能够使用线性控制方法进行优化设计，因此，能够尽可能降低RCS姿态控制器对流量的需求。附图说明图1是RCS姿态控制原理示意图。图2是PWM的调制原理示意图。图3是连续力矩与占空比映射关系图。图4(a)—图4(b)是PWM的调制等效性示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图1是RCS姿态控制原理示意图。图中表示为完整的RCS姿态控制原理，由姿态控制器和PWM调制器组成。在设计姿态控制器时，假定执行机构输出连续力矩，则可利用常规的线性系统设计方法进行控制律的设计和分析。图2是PWM的调制原理示意图。本实施例中的一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制方法，包括如下步骤：开启RCS反作用推力器，将连续力矩调制成所述RCS的控制指令，用以在有效采样周期内产生和所述连续力矩具有等价性的离散力矩。作为本实施例中的优选，所述有效采样周期是指：线性连续域内。作为本实施例中的优选，所述控制指令为开关指令。作为本实施例中的优选，采用占空比作为所述RCS控制指令。作为本实施例中的优选，所述占空比表示所述RCS开启时间与采样周期之间的比值，取值范围为[0 1]。作为本实施例中的优选，所述连续力矩Mc＝Mrcs·DR，Mrcs为喷管力矩。作为本实施例中的优选，所述有效采样周期其中ωh为控制系统中最高频率分量。作为本实施例中的优选，所述有效采样周期ωc为RCS姿态控制系统中姿态控制器截止频率。作为本实施例中的优选，所述RCS采用离散或者开关型的工作模式。本实施例中的一种基于脉冲宽度调节(Pulse-Width Modulation,PWM)的RCS调制方法；采用PWM调制方法，可将RCS姿态控制的设计解耦成两个相互独立的设计环节：姿态控制器设计和PWM调制器设计。姿态控制器在连续域内进行设计，假定RCS输出连续力矩，可利用成熟的线性系统设计理论；PWM调制器将姿态控制器输出的连续力矩调制成RCS的开关指令，产生和连续力矩具有等价性的离散力矩。本专利技术还公开了一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制装置，包括：姿态控制器和PWM调制器，所述姿态控制器，用以根据姿态误差在RCS反作用推力器中输出连续力矩；所述PWM调制器，用以将所述连续力矩调制成所述RCS的控制指令，用以在有效采样周期内产生和所述连续力矩具有等价性的离散力矩。本实施例中通过将RCS姿态控制的设计过程解耦成两个相互独立的设计环节：姿态控制器设计和PWM调制器设计。姿态控制器设计在连续域内进行，假定RCS输出连续力矩，并可利用成熟的线性系统理论；PWM调制器将姿态控制器输出的连续力矩调制成RCS的开关指令，以产生和连续力矩具有等价性的离散力矩。PWM调制方法使得RCS姿态控制器的分析和设计能够利用成熟的线性系统控制理论，降低了设计难度。同时，由于能够使用线性控制方法进行优化设计，因此，能够尽可能降低RCS姿态控制器对流量的需求。本专利技术的原理：姿态控制律设计是以RCS输出连续力矩为前提，而实际上RCS只能采用离散、开关型的工作模式。PWM调制实际上实现了连续力矩和离散力矩的“桥接”，通过控制RCS的开关，使RCS产生与连续力矩等效的离散力矩。为了满足姿态控制器的“连续力矩”假设，PWM调制器需满足以下两个条件：1)等效性：RCS产生的离散力矩和连续力矩必须具有等效性，即“冲量等效”；2)实效性：RCS必须能够在控制器允许的时间内产生等效的力矩，以满足控制需求。为了PWM调制器的“等效性”和“时效性”要求，本专利技术公开了PWM调制器的设计方法，包括其调制原理和采样周期的选择。其调制原理使得离散力矩和连续力矩具有“等效性”，选择合适的采样周期，使得离散力矩具有“时效性”。1、PWM调制原理PWM调制的核心思想是冲量等效原理，如式(1)。Mrcs·ton＝Mc·T (1)其中Mrcs为喷管力矩，Mc为连续力矩，T为采样周期，ton为RCS开启时间。式(1)可以描述为：RCS通过ton时间段的开启，来等效一个采样周期T时间内的连续力矩Mc需求。为了实现连续力矩与RCS控制指令的线性映射。引入占空比的概念，如式(2)。 D R = t o n 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制方法，其特征在于，包括如下步骤：开启RCS反作用推力器，将连续力矩调制成所述RCS的控制指令，用以在有效采样周期内产生和所述连续力矩具有等价性的离散力矩。

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲宽度调节的反作用推力器调制方法，其特征在于，包括如下步骤：开启RCS反作用推力器，将连续力矩调制成所述RCS的控制指令，用以在有效采样周期内产生和所述连续力矩具有等价性的离散力矩。2.根据权利要求1所述的反作用推力器调制方法，其特征在于，所述有效采样周期是指：线性连续域内。3.根据权利要求1所述的反作用推力器调制方法，其特征在于，所述控制指令为开关指令。4.根据权利要求1所述的反作用推力器调制方法，其特征在于，采用占空比作为所述RCS控制指令。5.根据权利要求4所述的反作用推力器调制方法，其特征在于，所述占空比表示所述RCS开启时间与采样周期之间的比值，取值范围为[01]。6.根据权利要求5所述的反作用推力器调制方法，其特征在于，所述连...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亮亮，高廉洁，李少斌，张羽，
申请(专利权)人：上海拓攻机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31