火箭发动机不解耦双控制器控制方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本公开涉及一种火箭发动机不解耦双控制器控制方法、装置和电子设备，属于推力控制方法领域。本公开将室压以及混合比作为双控制目标；将氧转角横担和燃料转角横担的权重因子分别作为室压和混合比的控制变量；对每个控制目标和对应的控制变量构建对应的功质流和反馈信号流形成各自的单目标框架，因二者存在耦合，共同构成不解耦双控制器控制框架；进一步，判断冷却通道出口状态，超临界时，令混合比目标值不随室压目标值变化；亚临界时，混合比目标值随室压目标值降低。本公开有效解决了火箭发动机控制器设计复杂的技术问题，并且本公开提出的混合比随室压变化的双控制目标方案，有效解决了低工况时冷却能力不足导致的无法实现工况顺利调节的问题。现工况顺利调节的问题。现工况顺利调节的问题。

【技术实现步骤摘要】
火箭发动机不解耦双控制器控制方法、装置和电子设备

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[0001]本公开涉及液体火箭发动机推力控制方法
，尤其涉及一种用于电动泵液氧煤油变推力火箭发动机的不解耦双控制器控制方法、装置、电子设备及机器可读存储介质。

技术介绍

[0002]相比已经成熟的有毒推进剂挤压式发动机等，液氧煤油电动泵变推力液体火箭发动机由于具有环境友好、推力深度可调、调节方便等优势，近年来受到广泛的关注和持续不断的研究。这其中，变推力火箭发动机的变工况(即变推力)响应特性至关重要，其研究方法包括开环和闭环方法。考虑到开环响应特性研究对模型精度要求高，需要大量实验，而闭环系统则恰好能解决上述问题，因此开展液氧煤油电动泵变推力液体火箭发动机控制(闭环)算法研究具有重要意义。
[0003]现有闭环方法主要分为基于模型、基于响应的控制算法等两类。基于模型的控制算法是指根据控制对象数学模型寻找控制律。基于响应的控制算法是指在控制对象数学模型不明确的情况下，将控制对象当作“黑匣子”，根据某些响应特征或过程的某些实时信息设计控制律。考虑到难以得到变推力液体火箭发动机的精确模型，且其模型高度非线性，若采用基于模型的控制算法，发动机模型需要简化，控制器设计复杂，且大范围调节适用性差。因此需要提供基于响应的控制方法实现液氧煤油电动泵变推力火箭发动机的推力顺利调节。

技术实现思路

[0004]本公开的目的是为了克服或者部分克服上述技术问题，提供一种用于电动泵液氧煤油变推力火箭发动机的不解耦双PID控制方法、装置、电子设备及机器可读存储介质，实现火箭发动机推力的顺利调节。
[0005]第一方面，本公开实施例提供一种发动机不解耦双控制器控制方法，用于变推力火箭发动机，包括：
[0006]将室压以及混合比作为双控制目标，每个所述控制目标对应一个控制器；其中，室压为燃烧室压力，混合比为氧和燃料的流量之比；
[0007]将氧转角横担和燃料转角横担的权重因子作为双控制变量；其中，氧转角横担的权重因子作为室压控制变量，燃料转角横担的权重因子作为混合比控制变量；
[0008]单独搭建每个所述控制目标对应的功质流，补充反馈信号流，形成单目标框架，两个单目标框架合并组成不解耦双控制器控制框架。
[0009]第二方面，本公开实施例提供一种发动机不解耦双控制器控制装置，用于电动泵压式液氧煤油变推力火箭发动机，包括：检测装置和调节装置，检测装置包括部署于冷却通道出口的压力和温度传感器、部署于燃烧室的压力传感器、部署于氧喷注器前的氧流量传感器以及部署于燃料喷注器前的燃料流量传感器；调节装置为控制系统，控制系统接收检
测装置各传感器发送的信号，将其与预设的室压目标值和混合比目标值进行对比后通过控制器输出信号给氧转角横担和燃料转角横担，以调节氧和燃料流量。
[0010]第三方面，本公开实施例提供一种电子设备，包括：
[0011]存储器；
[0012]处理器；以及
[0013]计算机程序；
[0014]其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如第一方面所述的方法。
[0015]第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
[0016]有益效果：
[0017]本公开提供的方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，将不解耦双控制器方案应用于电动泵液氧煤油变推力液体火箭发动机控制，有效解决了控制器设计复杂的技术问题；进一步提出的混合比随室压变化的双控制目标方案，有效解决了低工况时冷却能力不足导致的无法实现工况顺利调节的问题；使发动机在正反向推力调节时都能够快速达到预期。
附图说明
[0018]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0019]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本公开实施例提供的一种电动泵液氧煤油变推力火箭发动机结构示意图；
[0021]图2为本公开实施例提供的不解耦双控制器控制框架示意图；
[0022]图3为室压和混合比两个单目标框架结构示意图，其中实线框住的部分为室压单目标框架，虚线框住的部分为混合比单目标框架；
[0023]图4为本公开实施例提供的一种室压和混合比测量值获取方式示意图；
[0024]图5为本专利技术实施例提供的一种发动机不解耦双控制器控制装置结构及其与火箭发动机结合示意图；
[0025]图6为图5的发动机系统仿真模型示意图；
[0026]图7为图6所示系统仿真模型中预设的混合比目标值K
c
与室压目标值p
c
的对应关系示意图；
[0027]图8为图7对应关系下阶跃调节时室压目标值P
c_obj
和测量值P
c_m
随时间的变化曲线示意图；
[0028]图9为图7对应关系下阶跃调节时混合比目标值K
cobj
和测量值K
cm
随时间的变化曲线示意图；
[0029]图10为本专利技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
[0030]图11本专利技术实施例提供的又一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0031]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面将对本专利技术的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0033]图1为本公开实施例提供的一种电动泵液氧煤油变推力火箭发动机的组成结构示意图，如图1所示，现有火箭发动机包括氧电池14，用于给氧电机12提供能源；氧转角横担13，通过氧电路16与氧电池14连接，通过调节其权重因子(即晶体管的控制信号，表征了晶体管的开度，数值为1时开度最大，数值为0时开度最小)来调节氧电机12的输入电压和电流，进而调节氧泵11功率，最终调节氧化剂流量；氧电机12，通过氧电路16与氧转角横担13连接，用于驱动氧泵11；氧泵11，通过氧轴19与氧电机12机械连接，用于给液氧增压；氧主阀10，通过氧管路15与氧泵11连接，位于氧泵11下游，起开关作用；燃料电池1，用于给燃料电机3供电；燃料转角横担2，通过燃料电路18与燃料电池1连接，通过调节其权重因子(即晶体管的控制信号，表征了晶体管的开度，数值为1时开度最大，数值为0时开度最小)来调节燃料电机3的输入电压和电流，进而调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机不解耦双控制器控制方法，其特征在于，用于变推力火箭发动机，包括：将室压以及混合比作为双控制目标，每个所述控制目标对应一个控制器；其中，室压为燃烧室压力，混合比为氧和燃料的流量之比；将氧转角横担和燃料转角横担的权重因子作为双控制变量；其中，氧转角横担的权重因子作为室压控制变量，燃料转角横担的权重因子作为混合比控制变量；单独搭建每个所述控制目标对应的功质流，补充反馈信号流，形成单目标框架，两个单目标框架合并组成不解耦双控制器控制框架。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个单目标框架分别为：预设的所述室压目标值与所述室压测量值相减后输入给所述控制器，所述控制器将二者的差值进行处理后，输出所述氧转角横担权重因子的变化值，所述氧转角横担基于该变化值的输出改变氧电机转速，进而氧喷注器流量改变，从而导致测量的所述燃烧室压力改变，进一步缩小了所述室压测量值与所述室压目标值的差值，直到差值接近0时所述控制器不再输出；所述氧和燃料流量的测量值做除法后得到混合比测量值，预设的所述混合比目标值与所述混合比测量值相减后输入给所述控制器，所述控制器将二者的差值进行处理后，输出所述燃料转角横担权重因子的变化值，所述燃料转角横担基于该变化值的输出改变燃料电机转速，进而燃料喷注器流量改变，从而导致测量的所述混合比改变，进一步缩小所述混合比测量值与所述混合比目标值的差值，直到差值接近0时所述控制器不再输出。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述室压测量值由设于所述燃烧室的压力传感器测得，所述氧流量的测量值由设于所述氧喷注器前的氧流量传感器获得，所述燃料流量的测量值由设于所述燃料喷注器前的燃料流量传感器获得。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔朋，刘阳，朱雄峰，刘鹰，谭云涛，雍子豪，周城宏，王一杉，李晨阳，谭胜，韩秋龙，谷建光，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：