[发明专利]一种针对运载火箭\导弹的在线单发推力辨识方法

说明书

本发明提出了一种针对运载火箭\导弹的在线单发推力辨识方法，属于飞行器控制技术领域。所述在线单发推力辨识方法包括：步骤一、建立运载火箭\导弹健康工作模型；步骤二、运载火箭\导弹推力损失故障初步诊断；步骤三、推力损失系数修正。所述一种针对运载火箭\导弹的在线单发推力辨识方法具有结构简单、设计过程简洁的特点。

技术领域

本发明涉及一种针对运载火箭\导弹的在线单发推力辨识方法，属于飞行器控制技术领域。

背景技术

运载火箭\导弹系统组成复杂且飞行环境恶劣，可能出现各种未知故障，影响运载火箭\导弹飞行性能和控制性能。在弹道导弹众多的故障模式中，动力系统故障是运载火箭\导弹发生几率高、也是造成后果最严重的故障源。飞行过程中运载火箭\导弹因涡轮泵故障、推力室故障和管路阀门故障等情况直接影响发动机正常工作，造成某个单发发动机出现推力损失或直接关机。一方面，运载火箭\导弹动力系统出现单发发动机故障后影响总体推力，实际实际输出推力低于预定值，可能影响发射任务；另一方面，单发推力出现故障后导致导弹发动机布置不对称，产生极大干扰力矩破坏运载火箭\导弹稳定性能，严重可能引发导弹失稳情况发生，因此亟需研究一种辨识速度快、结果准确的运载火箭\导弹单发推力辨识方法，对增强运载火箭\可靠性，提高发射、打击任务成功率有重要的研究意义。

通过对已有技术文献进行检索分析，目前没有直接利用运载火箭\导弹动力学特性开展发动机单发推力辨识的研究，对动力系统研究主要集中在发动机故障诊断和总推力估计两个方面。在发动机故障诊断方面，现有方法是将云模型与BP神经网络以串联方式有机结合，首先利用云变换方法进行网络的结构辨识和云模型的特征提取，同时通过在输出层引入单位延时环节描述发动机工作过程动态特性，研究提出了基于动态云BP网络的液体火箭发动机故障诊断方法，实现对发动机故障模式诊断然而该方法的辨识速度较慢且无法精确获得运载火箭\导弹单发推力，不具有工程实践意义。在导弹总推力估计方面，现有方法主要通过建立运载火箭的数学模型，成功应用基于强跟踪滤波器的状态和参数联合估计方法，实现对运载火箭推力参数的正确估计，但该方法只能实现对发动机总推力估计，无法应对单发发动机故障模式的迅速诊断与定位需求。

发明内容

本发明目的是为了解决飞行过程中运载火箭\导弹在线推力辨识问题，提出了一种针对运载火箭\导弹的在线单发推力辨识方法。所述一种针对运载火箭\导弹的在线单发推力辨识方法是一种结合伺服机构—摆角映射关系和极大似然准则的单发推力辨识方法，所采取的技术方案如下：

一种针对运载火箭\导弹的在线单发推力辨识方法，所述在线单发推力辨识方法包括：

步骤一：建立运载火箭\导弹健康工作模型，描述无故障情况下的运载火箭\导弹飞行状态，通过动力学积分预测未来时刻状态信息和伺服机构摆角信息，为发动机单发推力故障辨识奠定基础；其中，所述运载火箭\导弹健康工作模型包括：导弹系统状态方程，导弹系统动力学积分器和导弹控制系统；

步骤二：进行运载火箭\导弹推力损失故障初步诊断，在运载火箭\导弹实时飞行过程中，通过分析实际伺服机构摆角与无故障模式下的伺服机构摆角初步实现故障定位，确定故障发动机并初步得到故障损失系数，为推力损失系数修正提供初值；

步骤三：进行推力损失系数修正，记录每个Δt时段内的姿态信息作为观测量，以推力损失系数为待辨识量，利用极大似然估计对推力损失系数进行修正，获取准确的推力损失系数，最终完成单发推力辨识。

进一步地，所述健康工作模型的建立过程包括：

第一步、根据导弹质心动力学方程和质心运动学方程建立导弹系统状态方程，所述导弹质心动力学方程和质心运动学方程分别为：

建立的所述导弹系统状态方程的形式为：