【技术实现步骤摘要】
一种针对运载火箭的在线单发推力故障诊断方法
本专利技术属于飞行器控制
,特别是涉及一种针对运载火箭的单发推力故障诊断方法。
技术介绍
运载火箭飞行环境十分复杂且对动力系统有较高要求,动力系统出现故障直接影响运载火箭打击能力、控制性能,严重影响运载火箭可靠性。因此开展运载火箭在线单发推力故障诊断设计,可大幅提高运载火箭可靠性。飞行过程中运载火箭\导弹因涡轮泵故障、推力室故障和管路阀门故障等情况直接影响发动机正常工作,造成某个单发发动机出现推力损失或直接关机。一方面运载火箭动力系统故障直接影响运载火箭打击能力,导致运载火箭不能飞行至预计的轨道,从而引发发射任务失败等情况发生;另一方面动力系统故障会造成动力系统分布不均匀,从而产生极大的干扰力矩,影响运载火箭姿态稳定性,严重可能引发导弹失稳情况发生,因此亟需研究一种辨识速度快、结果准确的运载火箭单发推力故障诊断方法,对增强运载火箭\可靠性,提高发射、打击任务成功率有重要的研究意义。通过对已有技术文献进行检索分析,目前没有直接利用运载火箭\导弹动力学特性开展发动机单发推力辨识的研究,对动力系统研究主要集中在发动机故障诊断和总推力估计两个方面。在发动机故障诊断方面,主要有“基于动态云BP网络的液体火箭发动机故障诊断方法”,刘垠杰,《航空动力学报》,第27卷第12期,2012年,将云模型与BP神经网络以串联方式有机结合,首先利用云变换方法进行网络的结构辨识和云模型的特征提取,同时通过在输出层引入单位延时环节描述发动机工作过程动态特性,研究提出了基于动态云BP网络的液体火箭发动机故障诊断方法,实现对发动机故障模式诊 ...
【技术保护点】
1.一种针对运载火箭的在线单发推力故障诊断方法,其特征在于,所述故障诊断方法包括以下步骤:S100基于运载火箭的姿态运动学和动力学方程建立运载火箭状态方程,并将带辨识量增广至状态量中,根据运载火箭实际单发推力数量建立相应数量的运载火箭单发推力故障诊断的系统状态方程和量测方程,为故障诊断提供基础;S200在运载火箭\导弹实时飞行过程中,利用无迹卡尔曼滤波实现对运载火箭单发推力的估计,并获取估计误差和协方差阵;S300利用误差和协方差阵进行概率匹配计算,实现对运载火箭推力故障定位,并利用无迹卡尔曼滤波的辨识结果直接获取故障发动机的输出推力。
【技术特征摘要】
1.一种针对运载火箭的在线单发推力故障诊断方法,其特征在于,所述故障诊断方法包括以下步骤:S100基于运载火箭的姿态运动学和动力学方程建立运载火箭状态方程,并将带辨识量增广至状态量中,根据运载火箭实际单发推力数量建立相应数量的运载火箭单发推力故障诊断的系统状态方程和量测方程,为故障诊断提供基础;S200在运载火箭\导弹实时飞行过程中,利用无迹卡尔曼滤波实现对运载火箭单发推力的估计,并获取估计误差和协方差阵;S300利用误差和协方差阵进行概率匹配计算,实现对运载火箭推力故障定位,并利用无迹卡尔曼滤波的辨识结果直接获取故障发动机的输出推力。2.根据权利要求1所述的一种针对运载火箭的在线单发推力故障诊断方法,其特征在于,在步骤S100中,具体的,采用扩展卡尔曼滤波器对发动机推力进行估计,发动机产生控制力矩可表示为:即控制力矩可表示为其中:系统姿态动力学模型可表示为如下形式:其中,z为状态向量,f(z)为状态向量的非线性函数向量,B为系统的控制矩阵,T作为发动机喷管推力向量,是系统的输入向量,T=[T1T2T3T4]T;w为系统的状态扰动向量,y为系统的测量向量,是导弹滚转角速度、偏航角速度、俯仰角速度、俯仰角、偏航角和滚转角的测量量,v为系统的测量噪声向量,当第i(i=1,2,3,4)个发动机喷管出现推力损失后,设其推力变为式(6)变为如下形式其中,G(i)(k)为矩阵G(k)的第i列,G(0,i)(k)为矩阵G(k)的第i列设置为零后的矩阵,Ti(k)表示除故障发动机以外的其它发动机推力组成的向量,式也可写为其中,将发动机单发推力量估计值增广至系统状态向量中可得到新的状态方程,基于无迹卡尔曼滤波算法可对系统状态向量进行更新,最终实现发动机单发推力辨识,液体火箭共有四个发动机喷管参与动力推进和姿态调整,即1号单发发动机,2号单发发动机,3号单发发动机和4号单发发动机,因此采用以上方法建立四个推力估计滤波器,分别将1号单发发动机推力估计值、2号单发发动机推力估计值、3号单发发动机推力估计值和4号单发发动机推力估计值增广到系统状态向量中,每个推力估计滤波器的状态向量均包含系统状态量z(k)和相应的单发发动机推力估计值,推力估计滤波器包含系统状态方程、量测方程和无迹卡尔曼滤波器,无迹卡尔曼滤波器基于系统方程(状态方程和量测方程)和运载火箭惯导系统输出量对状态方程中的状态量进行不断更新,即可对相应的单发发动机推力估计值进行不断更新,即可利用四个推力估计滤波器实现对运载火箭单发推力值的估计更新。第i个推力估计滤波器的状态向量为其中zi(k)表示系统的状态向量,为运载火箭的姿态角和姿态角速度,表示第i个火箭单发推力值的估计值,对于第i个推力估计滤波器,增广的状态向量满足如下状态方程也可以写成如下形式:其中T=[...
【专利技术属性】
技术研发人员:韦常柱,崔乃刚,陈嘉凯,李源,关英姿,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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