本发明专利技术提出一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制方法及系统，首先通过地面标定获得霍尔电推进系统多模式典型工况下的工质流量与阳极电流之间的线性映射关系，根据实际轨控机动推力所需流量并结合上述映射关系，换算得到需要的阳极电流控制目标值，通过AD数采系统获得电推进系统中电源与管理控制单元的阳极电源电流值。解决了电推进系统在复杂空间环境下压传失效时并要求工质流量流率依然长时间保持高精度调节的问题，实现了电推进系统在压传受干扰情况下依然对推进剂流率具备高精度、容错、快速调节等能力，具有调节精度高、鲁棒性高、适用范围广、抗干扰等优点。抗干扰等优点。抗干扰等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制方法及系统
[0001]本专利技术涉及航天器电推进
，主要应用于电推进系统贮供推进剂的高精度微小流率供给领域，特别是针对空间较强电磁干扰和冷热交变频繁的复杂空间环境下，采用一种阳极电流直接进行高精度贮供流量控制方法及系统。
技术介绍
[0002]电推进作为一种先进的推进技术，由于其高比冲的优势，在先进国家的卫星平台上已经得到日渐广泛的应用。除了应用在长寿命通讯卫星上以提高卫星平台性能外，电推进更能以较低代价完成常规推进系统难以完成的任务，例如一箭多星的异面快速组网、低轨导航增强与InSAR卫星编队等需要大ΔV任务。因此，电推进系统的工程应用，不仅可以节约推进剂、提高卫星寿命，对于未来大规模商业低轨组网任务具有重要的经济效益。电推进系统正常工作时需要具备长时间保持高精度稳态推力输出的能力，这就要求电推进系统的贮供单元在不同工作环境下均能够实现精度较高推进剂流率供给。目前电推进系统的推进剂供给控制主要是基于压力传感器的压力控制或热节流器，以及二者组合方式来实现工质流量流率的稳定控制，考虑到单独使用热节流器精度较差，在具体的控制方式上目前多以压力控制并结合热节流器共同实现流量稳定控制，主要通过压传测量压力作为控制输入来调节比例阀下游流量压力的实现稳定流率mg/s的输出。在这类基于压力控制中采用的压力传感器是一种灵敏度较高的测量单元，极易受到压传温漂或者外部电磁等干扰，造成压传测量精度降低或输出波动甚至不可用，因此基于传统压传的控制方式很难适应复杂空间环境下持续流量流率高精度稳定控制的需求。
[0003]诸如SAR卫星、导航增强和低轨通信卫星等这类自身电磁辐射情况比较复杂的航天器，一方面对要求电推进系统具备较高推力稳定度输出的能力，另一方面平台载荷工作时让电推进所处的空间电磁环境变得比较复杂，极易造成压传受到干扰而使得输出精度降低甚至不可用。而基于传统压力传感器压力控制很难实现上述电磁辐射和空间冷热交变等复杂环境下的高精度流量持续调节，因此电推进系统必须具有一种面向复杂空间环境的抗干扰高精度流量控制能力。
[0004]为了实现航天器在上述复杂空间环境下电推进系统对推进剂供给流率高精度、抗干扰、快速实时调节的要求，并考虑阳极电流自身信号在高频存在干扰，且无法直接测量阳极电流变化率，针对上述特点，本专利技术提出了一种基于阳极电流的高精度抗干扰流量控制方法及系统。
技术实现思路
[0005]本专利技术解决的技术问题是：针对空间电磁干扰和冷热交变频繁等复杂环境，克服现有流量控制技术的不足，提出了一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制方法及系统，解决了电推进系统在复杂空间环境下压传失效时并要求工质流量流率依然长时间保持高精度调节的问题，实现了电推进系统在压传受干扰情况下依然对推进剂流率具备高精
度、容错、快速调节等能力，具有调节精度高、鲁棒性高、适用范围广、抗干扰等优点。
[0006]一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制方法，包括：
[0007](1)在电推进系统多模式典型工况下获得阳极电流和流量之间的线性映射关系；
[0008](2)根据航天器实际轨控推力需求并结合阳极电流与流量之间映射关系，换算得到多模式电推进系统流量控制对应的电流目标值PDA0；
[0009](3)计算高精度流量控制对应增量式PD控制器的比例项KPi，将AD数采系统输出的阳极电流经过一个12阶FIR滤波，获得消除高频噪声的阳极电流滤波值PAfi，于是得到高精度流量控制的阳极电流偏差PDAi＝PA0
‑
PAfi，则控制比例项KPi＝Kp
×
PDAi，其中，Kp为增量式PD控制器的比例系数，整数i表示控制周期序号；
[0010](4)计算高精度流量控制对应增量式PD控制器的微分项KDi，利用扩张状态线性微分估计器进行阳极电流变化率DAi估计，则微分控制项KDi＝Kd
×
DAi，其中，Kd为增量式PD控制器微分系数；
[0011](5)计算高精度流量控制对应的电磁比例阀增量控制电流值：
[0012]PIi＝KPi+KDi；
[0013](6)将电磁比例阀增量控制电流值PIi转换为驱动电流值IDi，并输出至电磁比例阀；
[0014](7)控制电磁比例阀根据驱动电流值IDi调节输出流率，实现电磁比例阀下游流量的高精度控制。
[0015]优选地，进行所述步骤(1)之前还包括步骤：打开电磁比例阀上游的自锁阀和下游电磁阀，以及电磁比例阀快速打开的暂态过程。
[0016]一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制系统，包括电磁比例阀、阳极电源电流AD数采器、增量式PD数字控制器、FIR滤波与平滑器、阳极电流变化率线性扩张状态微分估计器，其中：
[0017]电磁比例阀，根据驱动控制电流值IDi调节电推进工质输出流率，实现电磁比例阀下游流量的高精度控制；
[0018]阳极电源电流AD数采器，在测量控制周期内采集电推进系统的阳极电流值，并去掉最大和最小值，完成采样过程中野值剔除，最后求均值后输入给FIR滤波与平滑器；
[0019]FIR滤波与平滑器，对阳极电流采样值进行频谱分析后，选取合适的截止频率实现一个12阶FIR低通平滑滤波器，将阳极采样电流中高频噪声进行滤除，获得信噪比更好的阳极电流滤波值PAfi用于增量式PD控制器输入；
[0020]阳极电流变化率线性扩张状态微分估计器，首先将阳极电流在比例阀流量控制过程等效成一个二阶系统，然后设计一种线性扩张状态观测器，即将阳极电流、阳极电流变化率及扰动信息作为扩张状态观测器的估计状态：
[0021][0022][0023]其中变量x为阳极电流值，为x的估计滤波值，ω为过程所有干扰项，u为控制输入，这里将观测器增益阵L的特征方程的极点放置在同一个频点上，并要求大于控制频率之上；
[0024]增量式PD数字控制器，基于阳极电流与流量的线性映射关系，将航天器轨道机动
所需推力进行换算，得到多模式电推进系统高精度流量所需电流控制目标值PDA0，进而计算控制周期内高精度流量控制对应的增量式PD控制器比例项KPi；
[0025]计算控制周期内高精度流量控制对应的PD控制器微分项，利用扩张线性估计器得到的阳极电流变化率DAi，计算得到当前控制周期内高精度流量控制对应的增量式PD控制器微分项KDi，最后解算出高精度流量控制对应的电磁比例阀电流控制值IDi；
[0026]IDi＝IDi
‑
1+PIi，
[0027]其中，IDi
‑
1为相邻的前一次控制周期计算得到电磁比例阀电流控制值，PIi为电磁比例阀电流增量控制值，将电磁比例阀电流控制值IDi输出至电磁比例阀；
[0028]所述的控制周期内高精度流量控制对应的电磁比例阀电流增量控制值PIi需进行限幅：即|PIi|≤5。
[0029]优选地，还包括自锁阀，电磁阀，电磁比例阀快速开启暂态本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在电推进系统多模式典型工况下获得阳极电流和流量之间的线性映射关系；(2)根据航天器实际轨控推力需求并结合阳极电流与流量之间映射关系，换算得到多模式电推进系统流量控制对应的电流目标值PDA0；(3)计算高精度流量控制对应增量式PD控制器的比例项KPi，将AD数采系统输出的阳极电流经过一个12阶FIR滤波，获得消除高频噪声的阳极电流滤波值PAfi，于是得到高精度流量控制的阳极电流偏差PDAi＝PA0
‑
PAfi，则控制比例项KPi＝Kp
×
PDAi，其中，Kp为增量式PD控制器的比例系数，整数i表示控制周期序号；(4)计算高精度流量控制对应增量式PD控制器的微分项KDi，利用扩张状态线性微分估计器进行阳极电流变化率DAi估计，则微分控制项KDi＝Kd
×
DAi，其中，Kd为增量式PD控制器微分系数；(5)计算高精度流量控制对应的电磁比例阀增量控制电流值：PIi＝KPi+KDi；(6)将电磁比例阀增量控制电流值PIi转换为驱动电流值IDi，并输出至电磁比例阀；(7)控制电磁比例阀根据驱动电流值IDi调节输出流率，实现电磁比例阀下游流量的高精度控制。2.根据权利要求1所述的一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制方法，其特征在于：进行所述步骤(1)之前还包括步骤：打开电磁比例阀上游的自锁阀和下游电磁阀，以及电磁比例阀快速打开的暂态过程。3.一种基于阳极电流的抗干扰高精度贮供流量控制系统，其特征在于，包括电磁比例阀、阳极电源电流AD数采器、增量式PD数字控制器、FIR滤波与平滑器、阳极电流变化率线性扩张状态微分估计器，其中：电磁比例阀，根据驱动控制电流值IDi调节电推进工质输出流率，实现电磁比例阀下游流量的高精度控制；阳极电源电流AD数采器，在测量控制周期内采集电推进系统的阳极电...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘海林，王培民，温凡，刘琪，
申请(专利权)人：北京星辰空间科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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