[发明专利]载人舱船非线性复压定步长欧拉离散仿真稳态振荡的克服方法

说明书

本发明提供了载人舱船非线性复压定步长欧拉离散仿真稳态振荡的克服方法。其特征在于包括：推导运用非线性复压组件进行舱船对接的模型；利用系统稳定性理论分析该仿真出现稳态振荡原因；得到基于定步长欧拉离散仿真方法的系统稳定的限定条件；最终得到克服非线性复压定步长欧拉离散仿真稳态振荡的仿真方法。

技术领域

应用于采用欧拉离散法对载人飞船舱船对接复压过程的仿真领域，对于已有方法的分析，并提出了解决方案。

背景技术

对于实际的载人飞船舱船对接复压，当舱船之间压力差别很小时，宇航员会手动将复压阀门关闭，但是系统仿真过程必须实现压力差为零，系统稳态流量为零，这就给仿真带来了更大的要求。

发明内容

实际舱船对接复压运用的是非线性复压组件，我们对于该复压组件进行了仔细的研究，得到了其模型的本质为一阶压力流量变化模型。但是由于非线性复压组件工作较为复杂，在工作即将结束时，即流量很小的情况下：1、为了保证稳定性，一般采用变步长，仿真时间过长；2、为了保证仿真的实时性，需要采用定步长方法，如果采用常用的欧拉方法或者三阶龙格库塔方法，系统就会出现振荡，如果采用改进欧拉法或者四阶龙格库塔方法，系统会出现稳态误差。针对定步长欧拉离散仿真方法，提出了线性复压组件模型，该模型较非线性复压组件而言便于实现，系统也能保证稳定，因此，基于定步长欧拉仿真方法的非线性复压组件会出现稳态振荡的原因进行了仔细的研究，发现系统最终出现的稳态振荡是不可避免的。所以，我们选择在系统流量较大的情况下采用非线性复压组件模型进行仿真，当系统流量小于保证系统稳定性的最小流量时，再改用线性复压组件，这样仿真过程即与实际相接近，舱船之间压力差和流量最终为零，又能始终保证系统的实时性和稳定性。

根据本发明的一个方面，提供了一种载人舱船非线性复压欧拉离散仿真方法，其特征在于包括：

应用定步长欧拉离散仿真方法对载人飞船对接非线性复压进行仿真，

在仿真前计算出保证系统稳定的最小流量值，对仿真模型进行设置，

当系统流量大于最小流量时，进行非线性复压，

当系统流量小于该最小流量值时，进行线性复压，从而保证了系统从始至终都是稳定的。

本发明提供了运用定步长进行仿真方法，从而保证了仿真的实时性。由于采用定步长的欧拉法或三阶龙格库塔法，系统会出现振荡，采用改进欧拉法或四阶龙格库塔法，系统会出现稳态误差，所以提出在仿真过程中判断流量的大小是否满足始终大于保证系统稳定的最小流量，若满足则使用非线性复压组件进行仿真，否则改用线性复压组件的方法。

附图说明

图1是应用本发明的舱船对接模型示意图。

图2用于说明欧拉法系统稳定区域。

图3用于说明流量出现2^-周期点的情况

图4(a)-4(c)显示了对于初值设定在不同区域系统最终的振荡情况

图5用于说明根据本发明的改进方法的最终仿真结果。

图6显示了本发明的一个实施过程。

具体实施方案

根据本发明，应用定步长欧拉法对载人飞船对接非线性复压进行仿真，其仿真模型如图1所示，是核心舱与货船的对接。由于运用定步长欧拉法仿真，所以要分析欧拉法系统稳定区域如图，2所示。进行仿真得到流量仿真结果如图3所示，出现2^-周期点。对该非线性系统进行稳态性能分析，得到当初值设定在不同区域下，系统最终都会在该两点之间振荡，如图4(a)到4(c)所示。因此，本发明提出了改进方法，使系统最终的结果如图5，与实际情况接近，保证了系统的稳定。整个发明的实施过程如图6所示。

本发明的技术解决方案