一种参数自整定伪速率调制器制造技术

本发明专利技术涉及一种参数自整定伪速率调制器，属于推力器脉冲调制技术领域。包括常规伪速率调制器、模糊逻辑系统模块和数据处理模块；所述的模糊逻辑系统模块由两个查表形式的模糊逻辑系统组成。本发明专利技术的两个模糊逻辑系统分别实现根据控制精度、干扰力矩、系统噪声等对伪速率调制器开阈值和滞环宽度的实时动态调节，可在确保控制精度的同时降低喷气消耗；本发明专利技术的模糊调节规则的核心是基于自然语言描述的规则组合，避免了常规伪速率调制器设计中参数试凑和反复调试带来的巨大工作量；本发明专利技术的两个模糊逻辑系统采用查表形式表示规则库，物理意义直观，工程实现便捷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种参数自整定伪速率调制器，属于推力器脉冲调制

技术介绍
推力器(或称喷气发动机)是航天器上的重要执行机构。以推力器作为执行机构的喷气姿态控制系统一般采用恒定推力的开关式控制。除了部分基于最优控制原理和相平面分析技术的直接型开关控制外，在大多数应用场合尤其是地球同步轨道卫星轨道机动期间的姿态控制中，一般采用脉冲调制器将控制算法给出的信号转换为驱动推力器工作的脉冲信号。其中伪速率调制器(PseudoRate Modulator，简称PRM)和脉宽脉频调制器(PulseWidth Pulse FrequencyModulator，简称 PWPFM)在航天器上应用最为广泛。PRM 和 PWPFM本质上是相同的，且可以相互转换。伪速率调制器由一个前向环节(斯密特触发器)和一个反馈环节(一阶惯性环节)组成。其输入是控制量或姿态误差，输出是宽度和间隔随输入信号而改变的脉冲信号，待设计的参数包括施密特触发器的开阈值、关阈值(或滞环宽度)以及一阶惯性环节的增益系数、时间常数共4个参数。现有的伪速率调制器都是固定参数伪速率调制器。这种固定参数伪速率调制器存在如下不足之处1)参数固定，对系统的适应性不佳；2)作为一种强非线性环节，对其动态特性的分析非常困难，导致调制器参数的选择缺乏量化手段，在工程应用中通常只能结合经验和数学仿真来进行迭代设计。近年来有文献提出了利用Matlab等数值仿真软件对调制器参数进行离线寻优(参考文献KrovelT D. Optimal tuning of PffPF modulator forattitude control. Master thesis ofNorwegian Univ. of Science&Technology,2005)。但这种离线寻优存在如下不足1)只能给出参数的大致范围，且各参数对性能的影响往往存在矛盾；2)参数一旦设计好以后就是固定值，不能在线(实时)调整，因此对系统变化的适应性不强。对于航天器喷气姿态控制而言，伪速率调制器中的一阶反馈环节通常与姿态控制律一同设计，其参数(Km，Tm)通常不需要频繁调整，因此可将其取固定值。而开阈值tv和滞环宽度d这两个参数对调制器的性能影响较大，因此考虑对这两个参数进行实时调整。由于Iwf = hon-d,当开阈值hm确定以后，对d的调节即等效于对关阈值Iitjff的调节。因此，现有的固定参数伪速率调制器在适应性和工程应用的便利性方面都存在不足。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有伪速率调制器上述两方面的不足，提出一种参数自整定伪速率调制器，该调制器既可以提高伪速率调制器的系统适应能力、实现性能优化，又可以减轻参数选择过程中的仿真、试凑工作量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种参数自整定伪速率调制器，包括常规伪速率调制器、模糊逻辑系统模块和数据处理模块；所述的常规伪速率调制器由一个前向环节即斯密特触发器和一个用于反馈的一阶惯性环节组成。常规伪速率调制器的输入是控制量或姿态误差，输出是宽度和间隔随输入信号而改变的脉冲信号，待设计的参数包括斯密特触发器的开阈值hm、滞环宽度d、一阶惯性环节的增益系数Km和时间常数Tm共4个参数。其中Km和Tm不需要频繁调整，因此取固定值和d这两个参数对调制器的性能影响较大，因此利用模糊逻辑系统对这两个参数进行实时整定。所述的模糊逻辑系统模块由两个查表形式的模糊逻辑系统组成，即模糊逻辑系统A和模糊逻辑系统B;模糊逻辑系统A用于对开阈值hm的动态调节，由模糊器A、模糊规则库A、模糊推理机A和解模糊器A组成；模糊器A的作用是将真值变量转换成模糊集合；解模糊器A的作用是将模糊集合还原成真值变量，模糊推理机A用于实现从输入域到输出域的非线性映射；模糊规则库A是模糊逻辑系统的核心，模糊规则库A的输入量有两个目标姿态角Θ r和经过处理的等效角加速度ε ;其输出量即开阈值为hm ;模糊规则库A用模糊规则表的形式描述，如表I所示；该表是根据理论分析以及工程经验综合获得，表I中符号含义S表示小；M表示中；B表示大；S1表示较小；S2表示很小；B1表示较大；B2表示很大；表Ihm的模糊调节规则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种参数自整定伪速率调制器，其特征在于：包括常规伪速率调制器、模糊逻辑系统模块和数据处理模块；所述的常规伪速率调制器由一个前向环节即斯密特触发器和一个用于反馈的一阶惯性环节组成；常规伪速率调制器的输入是控制量或姿态误差，输出是宽度和间隔随输入信号而改变的脉冲信号，待设计的参数包括斯密特触发器的开阈值、关阈值或滞环宽度、一阶惯性环节的增益系数和时间常数；所述的模糊逻辑系统模块由两个查表形式的模糊逻辑系统组成，即模糊逻辑系统A和模糊逻辑系统B；模糊逻辑系统A由模糊器A、模糊规则库A、模糊推理机A和解模糊器A组成；模糊规则库A的输入量有两个：目标姿态角θr和经过处理的等效角加速度ε；其输出量为开阈值为hon；模糊规则库A用模糊规则表的形式描述，如表1所示；表1hon的模糊调节规则模糊逻辑系统B由模糊器B、模糊规则库B、模糊推理机B和解模糊器B组成；模糊规则库B的输入量有两个：与敏感器相关的等效噪声Ns和经过处理的等效角加速度ε；其输出量为滞环宽度d；模糊规则库B用模糊规则表的形式描述如表2所示；表2d的模糊调节规则表1和表2中，S表示小；M表示中；B表示大；S1表示较小；S2表示很小；B1表示较大；B2表示很大；数据处理模块包括等效角加速度ε的获取和等效噪声Ns的获取，其中，等效角加速度ε是利用陀螺测量的角速度差分并剔野、滤波得到的；等效噪声Ns根据敏感器类型和一段时间内的测量数据统计均方差加权得到的；模糊逻辑系统的输出的开阈值hon和滞环宽度d作为常规伪速率调制器开阈值hon和滞环宽度d的输入。...

【技术特征摘要】
1.一种参数自整定伪速率调制器，其特征在于包括常规伪速率调制器、模糊逻辑系统模块和数据处理模块； 所述的常规伪速率调制器由一个前向环节即斯密特触发器和一个用于反馈的一阶惯性环节组成；常规伪速率调制器的输入是控制量或姿态误差，输出是宽度和间隔随输入信号而改变的脉冲信号，待设计的参数包括斯密特触发器的开阈值、关阈值或滞环宽度、一阶惯性环节的增益系数和时间常数； 所述的模糊逻辑系统模块由两个查表形式的模糊逻辑系统组成，即模糊逻辑系统A和模糊逻辑系统B ； 模糊逻辑系统A由模糊器A、模糊规则库A、模糊推理机A和解模糊器A组成；模糊规则库A的输入量有两个目标姿态角Θ ^和经过处理的等效角加速度ε ;其输出量为开阈值为hm ;模糊规则库A用模糊规则表的形式描述，如表I所示； 表Ihm的模糊调节规则2.根据权利要求1所述的一种参数自整定伪速率调制器，其特征在于模糊器A与模糊器B的原理和结构相同；模糊推理机A与模糊推理机B的原理和结构相同；解模糊器A与解模糊器B的原理和结构相同。3.根据权利要求1所述的一种参数自整定伪速率调制器，其特征在于一阶惯性环节的增益系数k =1. O ;时间常数Tm在O. 3 3. O秒之间取值。4.根据权利要求1所述的一种参数自整定伪速率调制器，其特征在于模糊逻辑系统的输入、输出变量的论域和相应的模糊集 模糊逻辑系统A的输入为和^输出为!^，ΘΓ> ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佐伟，刘江，杨帆，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：