[发明专利]一种无工质推力控制器频率匹配控制方法和系统

说明书

本发明提供了一种无工质推力控制器频率匹配控制方法和系统，将相位‑频率闭环、功率‑频率双闭环控制方法应用于无工质推进领域。无工质推力控制器频率匹配控制方法，包括步骤如下：步骤1、启动功率‑频率闭环控制搜索推力器中心频点；步骤2、相位测量模块在推力器中心频点下测量推力器的入射功率和反射功率的S12参数相位差步骤3、以相位差为相位‑频率闭环的控制目标，运行相位‑频率闭环控制。本发明解决了目前该类系统设计只适用于推力器腔体品质因数较低(约10000级)的情况的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于相位-频率闭环和功率-频率闭环双闭环控制的无工质推力控制器频率匹配控制算法实现，属于航天推进设计领域。

背景技术

无工质推进(或称无质损电磁推进)是近年来出现的一种新概念推进技术。该技术利用微波在特定结构谐振腔内的不均匀分布产生推力，具有无须携带燃料、长寿命、使用方便等优点，能大幅度提高航天器性能，且可基于此技术产生新概念航天器。

无工质推力控制器频率匹配控制及其实现是无工质推进的关键技术。微波功率进入推力器谐振腔后，因热效应推力器谐振腔中心频率漂移，导致微波系统与推力器谐振腔的频率不匹配，因此需解决微波系统的频率匹配问题。目前无质损电磁推进技术的频率匹配设计，一般采用功率-频率闭环控制算法的方案，只适用于推力器腔体品质因数较低(约10000级)的情况，难以满足高Q腔体(高于1000000级)的闭环控制要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于相位-频率闭环和功率-频率闭环的双闭环控制的无工质推力控制器频率匹配控制方法和无质损电磁推进系统，将相位-频率闭环和功率-频率闭环双闭环控制算法应用在无工质推进设计领域，解决了目前该类系统设计只适用于推力器腔体品质因数较低(约10000级)的情况的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种基于相位-频率闭环和功率-频率闭环双闭环控制的无质损电磁推进系统，包括控制器、功率测量模块、相位测量模块、信号源、放大器、环形器、推力器；

相位测量模块测量推力器的入射功率和反射功率的相位差将相位差转化为电信号送控制器；

功率测量模块测量环形器的推力器反射功率，将测量的推力器反射功率转化为电信号送控制器；

控制器接收相位测量模块的相位测量信号、功率测量模块的功率测量信号，根据接收的测量信号和设定的控制逻辑，输出频率控制信号给信号源；

信号源根据控制器的输出频率、功率设定，输出相应频率、功率的信号至放大器；

放大器将信号源的功率放大为微波功率输出。

无工质推力控制器频率匹配控制方法，包括步骤如下：

步骤1、启动功率-频率闭环控制搜索推力器中心频点；

步骤2、相位测量模块在推力器中心频点下测量推力器的入射功率和反射功率的S12参数相位差

步骤3、以相位差为相位-频率闭环的控制目标，运行相位-频率闭环控制。

步骤1中，功率-频率闭环控制方法的具体步骤如下：

步骤1.1、给定控制器扫频频率范围W；给定控制器频率步进长度Step，控制器按照以上给定控制信号源输出信号；

步骤1.2、在频率范围W内，信号源以Step步进扫频；扫频过程中，功率测量模块测量推力器的反射功率Pr，反射功率Pr信号送控制器，控制器记录Pr最小时对应的频率f1，该频率f1为当前中心频率和控制器起始频率；