[发明专利]适应推力下降故障的运载火箭全环节复合主动控制方法

权利要求书

1.一种适应推力下降故障的运载火箭全环节复合主动控制方法，其特征在于，包括：

获得故障诊断信息；

根据故障诊断信息修正控制增益，根据修正后的控制增益得到故障工况下的基础控制指令；

根据故障诊断信息计算发动机推力下降故障产生的附加干扰力矩，根据附加干扰力矩生成附加控制指令；

利用故障工况下的基础控制指令和附加控制指令叠加得到总控制指令，并将总控制指令分配到每台发动机的伺服机构，完成闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种适应推力下降故障的运载火箭全环节复合主动控制方法，其特征在于，故障诊断信息为各发动机的推力系数；

第j台发动机出现故障时，各台发动机的推力系数符合如下模型：

其中，k_i为第i台发动机的推力系数，k_fault为故障发动机的推力系数，1≤i、j≤N，N为发动机总数。

3.根据权利要求2所述的一种适应推力下降故障的运载火箭全环节复合主动控制方法，其特征在于，运载火箭的发动机布局为四台助推发动机捆绑两台芯级发动机；

根据故障诊断信息修正控制增益的方法包括：

根据故障诊断信息得到控制力系数表达式：

其中，分别表示芯级发动机、助推发动机在俯仰通道和偏航通道的控制力系数，代表俯仰通道，ψ代表偏航通道；k_xj1,k_xj2,k_zt1,k_zt2,k_zt3,k_zt4分别为第1、2台芯级发动机和第1、2、3、4台助推发动机的推力系数，P_xj1,P_xj2,P_zt1,P_zt2,P_zt3,P_zt4分别为第1、2台芯级发动机和第1、2、3、4台助推发动机的推力，M为运载火箭的质量，V为运载火箭的速度；

根据故障诊断信息得到控制力矩系数表达式：

其中，分别表示芯级发动机、助推发动机在俯仰通道和偏航通道的控制力矩系数，表示芯级发动机、助推发动机在滚动通道的控制力矩系数；X_rxj为发动机摇摆作用点与火箭理论尖点的距离；X_rzt为助推发动机与火箭纵轴的距离；X_z为火箭纵向质心位置；J_x,J_y,J_z为火箭三轴转动惯量；Z_rxj为芯级发动机摇摆点与纵轴的距离；Z_rzt为助推发动机摇摆点距离纵轴的距离；

令单台发动机正常工况下和发生故障后三通道控制能力相等，基于控制力系数表达式和控制力矩系数表达式得到如下等式：

其中，分别表示火箭整体在俯仰通道和偏航通道的控制力矩系数；d₃表示火箭整体在滚动通道的控制力矩系数；δ_ψ、δ_γ分别代表正常工况下俯仰、偏航、滚动通道的正常控制指令；代表俯仰通道的芯级伺服机构、助推伺服机构的等效控制摆角；代表偏航通道的芯级伺服机构、助推伺服机构的等效控制摆角；代表滚动通道的芯级伺服机构、助推伺服机构的等效控制摆角；

将正常工况下三通道控制方程代入上述等式，得到修正后的控制增益；

所述控制方程为：其中，代表俯仰、偏航、滚动通道的静态控制增益；代表俯仰通道的角偏差和角速度；ψ、代表偏航通道的角偏差和角速度；γ、代表滚动通道的角偏差和角速度；代表俯仰、偏航、滚动通道的动态控制增益。