[发明专利]一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法

说明书

本发明公开了一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，包括：S1、根据电机和泵的动力学方程，得到电动泵系统的状态空间表达式；S2、对电动泵系统的状态空间表达式进行离散化；S3、依据电动泵系统的离散化关系式，通过程序设计卡尔曼滤波器；S4、将卡尔曼滤波器带入到整个系统管路中，对于液氧路和甲烷路的质量流量进行观测，判断是否达到设定的滤波效果，若是则完成设计，否则重复步骤S3并调整卡尔曼滤波器设计过程中噪声协方差以及初始预测误差协方差矩阵，直至达到设定的滤波效果。本发明能够有效地减弱环境噪声对质量流量测量造成的误差，能够得到真实可靠的推进剂质量流量值。

技术领域

本发明涉及航天技术与控制技术领域，更具体地说，特别涉及一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法。

背景技术

随着航天领域的发展，很多国家开始致力于飞行器可重复回收或者行星表面软着陆等先进技术的研究。为了实现软着陆，深度变推力液体火箭发动机是不可或缺的动力装置，尤其是对于无大气星球表面软着陆，变推力液体火箭发动机是其实现软着陆的唯一动力装置。

对于单个液体火箭发动机，其推力可以通过改变推进剂种类、推进剂流量、喷管出口面积以及喷管喉部来实现。但是由于物理结构和热流等因素的限制，改变推进剂种类、喷管喉部以及出口面积比较困难。调节质量流量是调节发动机推力最简单的方法。随着电机和电池技术的发展，电动泵液体火箭发动机以低成本、高可靠、调节简单、易于实现深度变推力等特点，受到越来越多的重视。

对于变推力液体火箭发动机，推进剂质量流量观测的精确度决定着推力调节的精度。推进剂质量流量得到有效地观测和控制对于实现星球表面软着陆任务意义重大。但是，对于火箭发动机这种复杂的机械结构来说，工作过程中伴随着强烈的噪声，如发动机的轰鸣以及各种机械振动。因此，为了对变推力液体火箭发动机工作过程推进剂的质量流量进行精确地观测，需要设计对应的变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变推力火箭发动机的推进剂质量流量观测方法，包括以下步骤：

S1、根据电机和泵的动力学方程，得到电动泵系统的状态空间表达式；

S2、对电动泵系统的状态空间表达式进行离散化；

S3、依据电动泵系统的离散化关系式，通过程序设计卡尔曼滤波器；

S4、将卡尔曼滤波器带入到整个系统管路中，对于液氧路和甲烷路的质量流量进行观测，判断是否达到设定的滤波效果，若是则完成设计，否则重复步骤S3并调整卡尔曼滤波器设计过程中噪声协方差以及初始预测误差协方差矩阵，直至达到设定的滤波效果。

进一步地，所述电动泵系统的状态空间表达式可以表示成：

表示X的导数，X＝[x₁x₂x₃]^T，x₁，x₂和x₃为状态变量

进一步地，所述电机和泵的动力学方程为：