[发明专利]一种故障自适应的运载火箭智能控制半实物仿真方法

说明书

本发明涉及一种故障自适应的运载火箭智能控制半实物仿真方法，属于运载火箭半实物仿真技术领域；步骤一、建立运载火箭六自由度仿真模型，包括动力学模型、质量模型、地球引力模型、气动力模型、发动机模型和传感器模型；步骤二、建立运载火箭的GNC模型；其中，GNC模型包括导航模型、制导模型和控制模型；步骤三、建立实时故障检测与隔离模型；根据实时故障检测与隔离模型对发动机是否故障进行判断；步骤四、规划火箭任意故障后的最优轨迹曲线；本发明实现了对火箭故障的自适应性，搭建了以运载火箭六自由度仿真计算机和高度集成的箭载综合电子为基础的半实物仿真系统，解决了故障状态下火箭智能控制的半实物仿真验证。

技术领域

本发明属于运载火箭半实物仿真技术领域，涉及一种故障自适应的运载火箭智能控制半实物仿真方法。

背景技术

近年来我国运载火箭发生失利的原因大部分都是由于发动机推力异常等非致命性故障导致，如果当时的火箭具备一定的在线智能处理能力，就能避免失利。因此，对火箭智能控制的需求日益渐增，需要加快推进智能化技术的验证和工程化应用。

运载火箭控制系统半实物仿真是指在数字仿真的基础上，把部分数学模型用真实硬件代替的一种实时仿真方法，是地面验证运载火箭GNC算法的基础。传统的运载火箭控制系统半实物仿真未考虑发动机故障状态下的工况，无法对故障状态下的智能算法进行考核，限制了运载火箭智能化技术的发展。

文献(刘曌,周春华,邱伟.基于Matlab/Simulink的新型火箭建模与仿真平台搭建[J].系统仿真技术,2018,14(04):285-291.)中采用Matlab/Simulink对运载火箭进行动力学建模，搭建了基于Veristand/LabView_RT的运载火箭控制系统半实物仿真平台，能更加真实地模拟运载火箭飞行的全过程，对箭体的六自由度模型以及控制系统进行了有效的考核。虽然该文献中对箭体的主推力进行了建模，但未考虑发动机发生故障的工况，未对箭体推力异常状态进行建模。

文献(余薛浩,陈海朋,王迪,于亚男,胡存明,周静.一种运载火箭六自由度分布式半物理仿真方法及系统[P].CN107065594A,2017-08-18.)中建立了运载火箭六自由度分布式仿真模型，配合箭上各类单机模块，完成半实物仿真。每个单机模块具备故障功能，可以根据试验要求进行离线配置，从而对系统诊断方案进行考核。虽然该文献中的半实物仿真方法考虑到了故障状态，但针对的是箭上单机，且只能离线配置，考虑发动机发生故障的工况，故障模拟也未做到在线配置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种故障自适应的运载火箭智能控制半实物仿真方法，实现了对火箭故障的自适应性，搭建了以运载火箭六自由度仿真计算机和高度集成的箭载综合电子为基础的半实物仿真系统，解决了故障状态下火箭智能控制的半实物仿真验证。

本发明解决技术的方案是：

一种故障自适应的运载火箭智能控制半实物仿真方法，包括如下步骤：

步骤一、建立运载火箭六自由度仿真模型，模拟火箭真实飞行状态；其中，运载火箭六自由度仿真模型包括动力学模型、质量模型、地球引力模型、气动力模型、发动机模型和传感器模型；

步骤二、建立运载火箭的GNC模型；其中，GNC模型包括导航模型、制导模型和控制模型；

步骤三、建立实时故障检测与隔离模型；根据实时故障检测与隔离模型对发动机是否故障进行判断；当判断该台发动机出现故障时，关闭该台故障发动机，并关闭与此台发动机对称的发动机，实现故障发动机的隔离；当判断该台发动机未出现故障时，不动作；

步骤四、规划火箭任意故障后的最优轨迹曲线。

在上述的一种故障自适应的运载火箭智能控制半实物仿真方法，所述步骤一中，所述动力学模型包括质心动力学方程和绕质心转动的动力学方程，其中，质心动力学方程为：