[发明专利]基于分数阶扩张状态观测器的固液变推力发动机控制器及控制方法

说明书

本发明提供了基于分数阶扩张状态观测器的固液变推力发动机控制器及控制方法，涉及火箭发动机的技术领域，包括：分数阶抗扰控制器和可变文氏管，其中，分数阶抗扰控制器，用于根据固液变推力发动机的期望推力、固液变推力发动机的实际推力、可变文氏管的实际开度和系统噪声，确定出可变文氏管的实际控制量，其中，系统噪声包括：液路噪声和燃烧噪声；可变文氏管，用于基于实际控制量调节可调阀门的开度，以控制流过可变文氏管的液体氧化剂的流量，其中，可调阀门为可变文氏管的阀门，解决了现有技术由于液体流动的不稳定和液体氧化剂燃烧不稳定的产生的噪声导致固液变推力发动机的控制效果较差的技术问题。

技术领域

本发明涉及火箭发动机的技术领域，尤其是涉及基于分数阶扩张状态观测器的固液变推力发动机控制器及控制方法。

背景技术

一般的固液混合火箭发动机利用固体燃料与液体氧化剂通过化学反应产生推力。固体燃料以特定构型被浇筑在燃烧室中，液体氧化剂通过挤压式或泵压式增压，经液路输送系统送入燃烧室，与固体燃料产生化学反应，产生高温高压气体，经喷管加速，形成高速低温气体，向后方喷出，从而产生向前的反作用力。

固液混合变推力火箭发动机作为其继承与发展，具有依据需求对发动机推力进行调控的功能，一般通过实时调节液路输送系统中的阀门开度，实现对氧化剂流量的调节，从而影响化学反应过程，控制反应释放的能量，最终实现控制发动机推力的功能。

液体氧化剂在流动过程中，由于液体流动的不稳定以及液体和其他物体相互作用会产生测量噪声，从而导致系统控制精度下降。

液体氧化剂经可变文氏管及喷注器流入燃烧室会产生压降，会引起燃烧极不稳定，从而推力产生大范围波动，即产生了燃烧噪声，造成控制效果与理想效果存在偏差。

为解决上述问题，传统LESO处理的是加在系统上的总扰动，无法应对高频噪声对系统控制精度的影响。

针对上述问题，还未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于分数阶扩张状态观测器的固液变推力发动机控制器及控制方法，以缓解了现有技术由于液体流动的不稳定和液体氧化剂燃烧不稳定的产生的噪声导致固液变推力发动机的控制效果较差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于分数阶扩张状态观测器的固液变推力发动机控制器，包括：分数阶抗扰控制器和可变文氏管，其中，所述分数阶抗扰控制器，用于根据固液变推力发动机的期望推力、所述固液变推力发动机的实际推力、所述可变文氏管的实际开度和系统噪声，确定出所述可变文氏管的实际控制量，其中，所述系统噪声包括：液路噪声和燃烧噪声；所述可变文氏管，用于基于所述实际控制量调节可调阀门的开度，以控制流过所述可变文氏管的液体氧化剂的流量，其中，所述可调阀门为所述可变文氏管的阀门，其中，所述分数阶抗扰控制器包括：跟踪微分器，分数阶扩张状态观测器，PID控制器和补偿模块，其中，所述跟踪微分器，用于根据所述期望推力，确定出期望推力指令和所述期望推力指令的微分；所述分数阶扩张状态观测器，用于根据所述可变文氏管的液体氧化剂的实际流量和所述实际推力与所述系统噪声的第一差值，确定出目标数据，其中，所述目标数据包括：所述实际推力的观测量，所述实际推力的微分的观测量和所述可调阀门的控制补偿量；所述PID控制器，用于将所述期望推力指令与所述实际推力的观测量之间的第二差值确定为所述可调阀门的第一目标控制量，并将所述期望推力指令的微分与所述实际推力的微分的观测量之间的第三差值确定为所述可调阀门的第二目标控制量，以及基于所述第一目标控制量和所述第二目标控制量，确定出所述可变文氏管的初始控制量；所述补偿模块，用于计算所述可调阀门的控制补偿量与所述初始控制量之间的和值，并将所述和值与所述可调阀门的实际开度之间的差值确定为所述可变文氏管的实际控制量。

进一步地，所述基于分数阶扩张状态观测器的固液变推力发动机控制器还包括：测量单元，用于测量所述固液变推力发动机的实际推力、所述系统噪声和所述可调阀门的实际开度。