一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法技术

本发明专利技术公开了一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，包括：S1、根据电机和泵的动力学方程，得到电动泵系统的状态空间表达式；S2、对电动泵系统的状态空间表达式进行离散化；S3、依据电动泵系统的离散化关系式，通过程序设计卡尔曼滤波器；S4、将卡尔曼滤波器带入到整个系统管路中，对于液氧路和甲烷路的质量流量进行观测，判断是否达到设定的滤波效果，若是则完成设计，否则重复步骤S3并调整卡尔曼滤波器设计过程中噪声协方差以及初始预测误差协方差矩阵，直至达到设定的滤波效果。本发明专利技术能够有效地减弱环境噪声对质量流量测量造成的误差，能够得到真实可靠的推进剂质量流量值。

【技术实现步骤摘要】
一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法
本专利技术涉及航天技术与控制
，更具体地说，特别涉及一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法。
技术介绍
随着航天领域的发展，很多国家开始致力于飞行器可重复回收或者行星表面软着陆等先进技术的研究。为了实现软着陆，深度变推力液体火箭发动机是不可或缺的动力装置，尤其是对于无大气星球表面软着陆，变推力液体火箭发动机是其实现软着陆的唯一动力装置。对于单个液体火箭发动机，其推力可以通过改变推进剂种类、推进剂流量、喷管出口面积以及喷管喉部来实现。但是由于物理结构和热流等因素的限制，改变推进剂种类、喷管喉部以及出口面积比较困难。调节质量流量是调节发动机推力最简单的方法。随着电机和电池技术的发展，电动泵液体火箭发动机以低成本、高可靠、调节简单、易于实现深度变推力等特点，受到越来越多的重视。对于变推力液体火箭发动机，推进剂质量流量观测的精确度决定着推力调节的精度。推进剂质量流量得到有效地观测和控制对于实现星球表面软着陆任务意义重大。但是，对于火箭发动机这种复杂的机械结构来说，工作过程中伴随着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、根据电机和泵的动力学方程，得到电动泵系统的状态空间表达式；/nS2、对电动泵系统的状态空间表达式进行离散化；/nS3、依据电动泵系统的离散化关系式，通过程序设计卡尔曼滤波器；/nS4、将卡尔曼滤波器带入到整个系统管路中，对于液氧路和甲烷路的质量流量进行观测，判断是否达到设定的滤波效果，若是则完成设计，否则重复步骤S3并调整卡尔曼滤波器设计过程中噪声协方差以及初始预测误差协方差矩阵，直至达到设定的滤波效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据电机和泵的动力学方程，得到电动泵系统的状态空间表达式；
S2、对电动泵系统的状态空间表达式进行离散化；
S3、依据电动泵系统的离散化关系式，通过程序设计卡尔曼滤波器；
S4、将卡尔曼滤波器带入到整个系统管路中，对于液氧路和甲烷路的质量流量进行观测，判断是否达到设定的滤波效果，若是则完成设计，否则重复步骤S3并调整卡尔曼滤波器设计过程中噪声协方差以及初始预测误差协方差矩阵，直至达到设定的滤波效果。


2.根据权利要求1所述的变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，其特征在于：所述电动泵系统的状态空间表达式可以表示成：


表示X的导数，X＝[x1x2x3]T，x1，x2和x3为状态变量。


3.根据权利要求2所述的变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，其特征在于：所述电机和泵的动力学方程为：



其中，Um是电机电压，Rm是电机线圈电阻，im是电机电流，Lm是电机电感，t是时间，em是电机反电动势，ω是电机转动角速度，Ce是电机反电动势和转矩系数，Ce0是电机反电动势和转矩系数常数，ωR是参考转动角速度，是燃料或者氧化剂质量流量，是燃料或者氧化剂质量流量的参考值，Jm是电机的转动惯量，fm是电机的摩擦系数，T是驱动泵的负载力矩，IF是电动泵流体惯性、TR电动泵参考扭矩、θ是电动泵特性角，Ns是电动泵比转速，WH和WT是θ和Ns的函数，ρ为进出泵流体的平均密度，g为重力加速度，a1和a2是常系数；
三个状态变量x1，x2和x3分别为im，ω和同时系统的输入量u和输出量y分别为Um和
其中：



h(X，u)＝x3。


4.根据权利要求1所述的变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，其特征在于：所述步骤S2中采用四阶龙格库塔方法对系统状态空间表达式进行离散化，得到：

【专利技术属性】
技术研发人员：胡润生，吴建军，程玉强，杨述明，刘育玮，崔孟瑜，戚元杰，邓凌志，石业辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43