双谐振点发动机推力矢量控制伺服机构算法优化研究

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1、2013年第1期导弹与航天运载技术No.12013总第324期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.324文章编号：1004-7182(2013)01-0021-06DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130105双谐振点发动机推力矢量控制伺服机构算法优化研究尹传威，赵守军，陈克勤（北京精密机电控制设备研究所，北京，100076）摘要：建立运载火箭双谐振点发动机的双质量弹簧物理模型，辨识特性参数，推导出伺服机构数学模型。采用直接数值寻优方法对推力矢量控制伺服机构算法进行计算优化研究，通过仿真分析和发动机冷摆试车试验，得出双陷波补

2、偿是一种较优选择。关键词：伺服机构；双谐振点负载；控制算法；直接数值寻优中图分类号：V448.122文献标识码：AControlAlgorithmOptimizationforThrustVectorControlServo-mechanismsofDouble-resonance-frequencyEngineYinChuanwei,ZhaoShoujun,ChenKeqin(BeijingInstituteofPreciseMechatronicControls,Beijing,100076)Abstract:Adouble-spring-massphysicalmode

3、lisproposedfordouble-resonance-frequencyenginesinlaunchvehicles.Thecharacteristicparametersareidentifiedandthecorrespondingmathematicalmodelforservo-mechanismsisderived.Theoptimizationofservo-mechanism’scontrolalgorithmisstudiedusingadirectnumericaloptimizationmethod.Then,simulationanalysis

4、andtrialexperimentsarecompleted.Theresultshowsthatdouble-notchfilterisamoreacceptablecompensationmethod.KeyWords:Servo-mechanism;Double-resonance-frequency;Controlalgorithm;Directnumericaloptimization0引言波补偿算法的最佳参数匹配。最后利用伺服机构和发在运载火箭上，伺服机构摇摆发动机，实现推力动机联合冷摆试车对算法进行了初步试验研究。矢量控制，构成了火箭推力矢量控制系统。火箭发动

5、机由于转动惯量大、结构阻尼比低，谐振倾向严重，1双谐振点发动机及伺服机构模型通常在伺服机构上采用相应控制策略来加以抑制，如1.1双谐振点发动机模型动压反馈和陷波补偿。图1为新一代运载火箭的大推力液体发动机三维[1]现役型号火箭发动机多表现为单谐振点特性，其模型，根据其质量分布特点，可划分为主体质量M和物理模型一般可等效为单质量弹簧系统。而在新一代附加质量m两部分，因而会产生两个谐振频率点。运载火箭伺服机构研制中，发现有些大推力液体发动机表现为双谐振点特性，有两个固有频率，均较低且相距较近，已有的单质量弹簧物理模型以及简单的动压反馈和陷波补偿算法已不能适用于此种类型的负载谐振

6、抑制。本文对双谐振点发动机和伺服机构进行研究，建立了双质量弹簧物理模型，并推导出相应伺服机构控图1大推力发动机三维模型制模型。在此基础上，针对动压反馈和陷波补偿算法进行了优化，同时应用直接数值寻优方法得到了双陷双谐振点发动机特性如图2所示。收稿日期：2012-10-25；修回日期：2012-12-05作者简介：尹传威（1987-），男，助理工程师，主要从事运载火箭伺服机构研究工作22导弹与航天运载技术2013年2s2r2s12r2r2GS()（2）r22ss22(r1ss1)(r21)22r1r1r2r2K式中为发动机主体质量谐振

7、频率，有sr1；r1r1MK为发动机附加质量谐振频率，有sr2；为发r2r2r1m动机主体质量谐振阻尼比；为发动机附加质量谐振阻r2尼比；为标准形式下发动机第1点谐振阻尼比；为r1r2标准形式下发动机第2点谐振阻尼比；为系数，表示图2某发动机谐振特性实测特性曲线与拟合曲线两个等效连接刚度Ksr2与Ksr1之比；S为拉普拉斯算子。—标准形式下发动机第1点谐振频率；—标准形式下发动机第2点r1r2利用图2中发动机的实测谐振特性曲线，对式（1）谐振频率和式（2）所示发动机谐振