[发明专利]一种超音速大机动靶标基于伪闭环的高精度速度控制方法

权利要求书

1.一种超音速大机动靶标基于伪闭环的高精度速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立靶标模型，预测剖面阻力；

步骤2：设计推力组合策略；

大机动靶标C_D包含2台液体火箭发动机，定义小推力发动机为P1，大推力发动机为P2，P1包含3档推力，分别为600/1000/1200N，P2包含3档推力，分别为2000/2500/2800N；

步骤3：设计速度伪闭环控制策略；

根据当前任务剖面对于速度控制精度σ_Ma的要求，设置巡航速度控制上下门限Ma_Poff、Ma_Pon，其中Ma_Poff＝Ma_c+σ_Ma，Ma_Pon＝Ma_c-σ_Ma；

步骤4：建立推力开/关机模型，修正速度伪闭环控制策略门限；

在步骤1中，选定任务剖面H_c,Ma_c之后，首先计算出该剖面的平衡攻角α_b，

上式中，q为靶标动压，ρ(H_c)为大气密度，是高度的函数，H_c为靶标巡航高度；V_W为靶标的对风速度，V_W＝Ma_WV_v(H_c)，Ma_W为靶标的对风马赫数，Ma_c为靶标巡航时相对地的马赫数，Ma_wind为靶标巡航高度H_c下的风场马赫数，V_v(H_c)为靶标巡航剖面的音速；g＝9.8，s为靶标的参考面积，为升力对攻角的偏导，α为靶标的攻角；

取β＝0，预测任务剖面巡航时的阻力D_yc的表达式为：

D_yc＝qsC_D(Ma_W,α_b,β)(2)

式中，q为靶标动压，s为靶标的参考面积，C_D为靶标的气动阻力系数，Ma_W为靶标的对风马赫数，α_b为靶标的平衡攻角，β为靶标的侧滑角，此处令β＝0；

在步骤2中，设计大机动靶标仅做巡航任务时的推力组合策略为以下3种：

策略1：巡航开1台P1

若预测巡航阻力D_yc1200N，则巡航仅开1台P1发动机，所选P1发动机的推力档位满足T_1c＞D_yc；

策略2：巡航开P1和P2，P1为主巡航发动机

若预测巡航阻力1200N≤D_yc2000N，则巡航需同时打开P1和P2，P1为主巡航发动机，巡航时持续开机，选择档位T_1c＝1200N，P2选择档位T_2c＝2800N；

策略3：巡航开P1和P2，P2为主巡航发动机

若预测巡航阻力2000N≤D_yc4000N，则巡航需同时打开P1和P2，P2为主巡航发动机，选择满足T_1c+T_2c＞D_yc的最小档位T_1c,T_2c；

在步骤3中，由于大机动靶标的发动机P1及P2的推力大小是不可连续调节的，因此根据步骤2的推力组合策略设计靶标的速度伪闭环控制策略为：

策略1：推力组合策略1

靶标进入剖面后满足发动机开机条件时，打开P1发动机，判断靶标当前巡航速度，当其大于上门限Ma_Poff时，关闭P1发动机；P1发动机关机后靶标速度逐渐减小，当小于下门限Ma_Pon时，打开P1发动机；依次类推直至巡航任务结束；

策略2：推力组合策略2

靶标进入剖面后满足发动机开机条件时，打开P1、P2发动机，判断靶标当前巡航速度，当其大于上门限Ma_Poff时，关闭P2发动机，P1发动机仍保持开机状态；P2发动机关机后靶标速度逐渐减小，当小于下门限Ma_Pon时，打开P2发动机；依次类推直至巡航任务结束；

策略3：推力组合策略3

靶标进入剖面后满足发动机开机条件时，打开P1、P2发动机，判断靶标当前巡航速度，当其大于上门限Ma_Poff时，关闭P1发动机，P2发动机仍保持开机状态；P1发动机关机后靶标速度逐渐减小，当小于下门限Ma_Pon时，打开P1发动机；依次类推直至巡航任务结束；

在步骤4中，推力开机模型为：

通过动力系统的热试车试验，统计得到靶标2台推力发动机共计6个推力档位的推力开机模型为：

上式中，T_Cij为理论推力，τ_Fij为电磁阀的响应时间，表示从接到推力开机的指令到电磁阀打开的时间，τ_Oij为各推力对应的建立时间，这里i表示发动机序号,i＝1,2，j表示推力档位序号,j＝1,2,3，如T_1c1为第1台发动机的第1个推力档位即T_C11＝600N；

由上式可以看出，在发动机开机后的τ_Fij时间内，电磁阀从关闭到打开，该段时间内推力大小为0；τ_Fij+τ_Oij时间内，发动机推力从0逐渐增大至理论推力，在此区间内靶标的速度变化趋势是先减小，t时刻当靶标T_ij(t)等于当前时刻的阻力D_b时，靶标的速度开始逐渐增大；因此，若发动机在下门限Ma_Pon时开机，在推力建立过程中靶标的巡航速度将小于Ma_Pon；为了提高巡航速度的控制精度，对开机门限值进行如下修正：

Ma′_Pon＝Ma_Pon-δ_Mon(4)

上式中δ_Mon为速度控制上限的修正量，计算方法如下：

上式中，t_m时刻的推力T_ij(t_m)＝D_yc，τ_Fij＜t_m＜τ_Fij+τ_Oij；

在步骤4中，推力关机模型为：

通过动力系统的热试车试验，统计得到靶标2台推力发动机共计6个推力档位的推力关机模型为：

上式中，T_Cij为理论推力，τ_Fij为电磁阀的关闭响应时间，与电磁阀打开响应时间一致，τ_Cij为各推力从100％下降至0时间，这里i表示发动机序号，j表示推力档位序号，如T_Cij为第1台发动机的第1个推力档位即T_1c1＝600N；

由上式可以看出，在发动机开机后的τ_Fij时间内，电磁阀从打开到关闭，该段时间内推力大小为理论推力T_icj；τ_Fij+τ_Cij时间内，发动机推力从理论推力逐渐减小至0，在此区间内靶标的速度变化趋势是先增大，t时刻当靶标T_Gij(t)等于当前时刻的阻力D_b时，靶标的速度开始逐渐减小；因此，若发动机在上门限Ma_Poff时关机，在推力关闭过程中靶标的巡航速度将大于Ma_Poff；为了提高巡航速度的控制精度，对关机门限值进行如下修正：

Ma′_Poff＝Ma_Poff-δ_Moff(7)

上式中δ_Moff为速度控制下限的修正量，计算方法如下：

上式中，t_n时刻的推力T_Gij(t_n)＝D_yc，τ_Fij＜t_n＜τ_Fij+τ_Cij。

2.根据权利要求1所述的一种超音速大机动靶标基于伪闭环的高精度速度控制方法，其特征在于：参数选取为：H_c＝9000,Ma_c＝1.2,σ_Ma＝0.05,建模得到靶标的预测阻力D_yc＝2200N；因此选择策略(2)，档位选择1200N+2800N的推力组合，因此相关参数选取为：

τ_F23＝0.04s，τ_O23＝120ms，τ_C23＝100ms，T_C23＝2800N，由此计算出Ma′_Pon＝1.153，Ma′_Poff＝1.248。