[发明专利]一种垂直起降火箭在线轨迹规划的动力学特性在线辨识方法

说明书

本发明涉及一种垂直起降火箭在线轨迹规划的动力学特性在线辨识方法，将发动机响应特性近似为二阶环节，并用纵向视加速度和加速度指令输入递推最小二乘算法辨识发动机参数，实时更新发动机工作特性，提升了在线轨迹规划模型的精度。本发明将受环境影响严重的姿态响应特性和风干扰因素描述成二阶传递函数形式，并用横侧向视加速度和加速度指令输入递推最小二乘算法辨识对应的响应参数，在线轨迹规划时考虑响应特性和干扰的影响，提升控制的精度和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种垂直起降火箭在线轨迹规划的动力学特性在线辨识方法，属于运载火箭控制领域。

背景技术

运载火箭的可重复使用技术是我国新一代运载火箭重要发展方向之一。火箭从分离时刻开始至垂直着陆为止，整个返回过程需要经过真空、稀薄大气和稠密大气等不同的环境，面临着跨声速气动突变、强对流和切变风场、大气不确定性等诸多问题，从而放大落点的散布，影响着陆精度。同时，火箭返回过程中发动机重复点火的工作条件与上升段存在明显差异，在高空段受高速下降和外界气压的影响，喷流形成强烈的反流，在落地前受地面干扰的冲击波严重影响底部喷流状态。为满足着陆时刻的速度、位置和姿态约束，需要利用在线轨迹规划技术根据实时的飞行状态滚动优化生成控制指令。

在线轨迹规划是一种基于预测模型的优化算法，模型的准确程度直接影响规划结果，针对飞行过程中的环境干扰和发动机不确定性建立在线辨识模型，是减小在线轨迹规划模型与实际飞行器特性差异，提升着陆控制精度的有效方法。

发明内容

针对垂直起降重复使用运载器飞行过程中环境条件复杂、发动机特性不确定的特点，提出一种垂直起降火箭在线轨迹规划的动力学特性在线辨识方法，实时更新在线轨迹规划模型的参数，提升算法的鲁棒性和控制精度。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种垂直起降火箭在线轨迹规划的动力学特性在线辨识方法，包括如下步骤：

(1)建立发动机特性模型；

(2)对发动机特性模型进行离散，生成发动机特性辨识模型；

(3)建立水平面内横向、侧向加速度响应特性模型；

(4)对水平面内横向、侧向加速度响应特性模型进行离散，生成横向、侧向加速度响应特性的辨识模型；

(5)初始化发动机特性辨识模型及横向、侧向加速度响应特性辨识模型；

(6)利用递推最小二乘方法更新辨识模型，获取辨识结果；

(7)利用辨识结果更新发动机特性模型以及水平面内横向、侧向加速度响应特性模型。

优选的，步骤(1)中建立发动机特性模型为：

其中s为拉普拉斯算子，a_yc和a_y分别表示纵向加速度指令和纵向视加速度，K_T表示发动机稳态增益系数，ξ_T和ω_T分别表示发动机响应的阻尼系数和频率。

优选的，步骤(2)中的发动机特性辨识模型为：

a_y(k)＝θ_y0a_yc(k-2)+θ_y1a_y(k-1)+θ_y2a_y(k-2)

θ_y1＝2-2ξ_Tω_Tdt