一種參數自整定偽速率調制器制造技術

本發明專利技術涉及一種參數自整定偽速率調制器，屬于推力器脈沖調制技術領域。包括常規偽速率調制器、模糊邏輯系統模塊和數據處理模塊；所述的模糊邏輯系統模塊由兩個查表形式的模糊邏輯系統組成。本發明專利技術的兩個模糊邏輯系統分別實現根據控制精度、干擾力矩、系統噪聲等對偽速率調制器開閾值和滯環寬度的實時動態調節，可在確保控制精度的同時降低噴氣消耗；本發明專利技術的模糊調節規則的核心是基于自然語言描述的規則組合，避免了常規偽速率調制器設計中參數試湊和反復調試帶來的巨大工作量；本發明專利技術的兩個模糊邏輯系統采用查表形式表示規則庫，物理意義直觀，工程實現便捷。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種參數自整定偽速率調制器，屬于推力器脈沖調制

技術介紹
推力器(或稱噴氣發動機)是航天器上的重要執行機構。以推力器作為執行機構的噴氣姿態控制系統一般采用恒定推力的開關式控制。除了部分基于最優控制原理和相平面分析技術的直接型開關控制外，在大多數應用場合尤其是地球同步軌道衛星軌道機動期間的姿態控制中，一般采用脈沖調制器將控制算法給出的信號轉換為驅動推力器工作的脈沖信號。其中偽速率調制器(PseudoRate Modulator，簡稱PRM)和脈寬脈頻調制器(PulseWidth Pulse FrequencyModulator，簡稱 PWPFM)在航天器上應用最為廣泛。PRM 和 PWPFM本質上是相同的，且可以相互轉換。偽速率調制器由一個前向環節(斯密特觸發器)和一個反饋環節(一階慣性環節)組成。其輸入是控制量或姿態誤差，輸出是寬度和間隔隨輸入信號而改變的脈沖信號，待設計的參數包括施密特觸發器的開閾值、關閾值(或滯環寬度)以及一階慣性環節的增益系數、時間常數共4個參數。現有的偽速率調制器都是固定參數偽速率調制器。這種固定參數偽速率調制器存在如下不足之處1)參數固定，對系統的適應性不佳；2)作為一種強非線性環節，對其動態特性的分析非常困難，導致調制器參數的選擇缺乏量化手段，在工程應用中通常只能結合經驗和數學仿真來進行迭代設計。近年來有文獻提出了利用Matlab等數值仿真軟件對調制器參數進行離線尋優(參考文獻KrovelT D. Optimal tuning of PffPF modulator forattitude control. Master thesis ofNorwegian Univ. of Science&Technology,2005)。但這種離線尋優存在如下不足1)只能給出參數的大致范圍，且各參數對性能的影響往往存在矛盾；2)參數一旦設計好以后就是固定值，不能在線(實時)調整，因此對系統變化的適應性不強。對于航天器噴氣姿態控制而言，偽速率調制器中的一階反饋環節通常與姿態控制律一同設計，其參數(Km，Tm)通常不需要頻繁調整，因此可將其取固定值。而開閾值tv和滯環寬度d這兩個參數對調制器的性能影響較大，因此考慮對這兩個參數進行實時調整。由于Iwf = hon-d,當開閾值hm確定以后，對d的調節即等效于對關閾值Iitjff的調節。因此，現有的固定參數偽速率調制器在適應性和工程應用的便利性方面都存在不足。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是克服現有偽速率調制器上述兩方面的不足，提出一種參數自整定偽速率調制器，該調制器既可以提高偽速率調制器的系統適應能力、實現性能優化，又可以減輕參數選擇過程中的仿真、試湊工作量。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的。本專利技術的一種參數自整定偽速率調制器，包括常規偽速率調制器、模糊邏輯系統模塊和數據處理模塊；所述的常規偽速率調制器由一個前向環節即斯密特觸發器和一個用于反饋的一階慣性環節組成。常規偽速率調制器的輸入是控制量或姿態誤差，輸出是寬度和間隔隨輸入信號而改變的脈沖信號，待設計的參數包括斯密特觸發器的開閾值hm、滯環寬度d、一階慣性環節的增益系數Km和時間常數Tm共4個參數。其中Km和Tm不需要頻繁調整，因此取固定值和d這兩個參數對調制器的性能影響較大，因此利用模糊邏輯系統對這兩個參數進行實時整定。所述的模糊邏輯系統模塊由兩個查表形式的模糊邏輯系統組成，即模糊邏輯系統A和模糊邏輯系統B;模糊邏輯系統A用于對開閾值hm的動態調節，由模糊器A、模糊規則庫A、模糊推理機A和解模糊器A組成；模糊器A的作用是將真值變量轉換成模糊集合；解模糊器A的作用是將模糊集合還原成真值變量，模糊推理機A用于實現從輸入域到輸出域的非線性映射；模糊規則庫A是模糊邏輯系統的核心，模糊規則庫A的輸入量有兩個目標姿態角Θ r和經過處理的等效角加速度ε ;其輸出量即開閾值為hm ;模糊規則庫A用模糊規則表的形式描述，如表I所示；該表是根據理論分析以及工程經驗綜合獲得，表I中符號含義S表示小；M表示中；B表示大；S1表示較小；S2表示很小；B1表示較大；B2表示很大；表Ihm的模糊調節規則本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種參數自整定偽速率調制器，其特征在于：包括常規偽速率調制器、模糊邏輯系統模塊和數據處理模塊；所述的常規偽速率調制器由一個前向環節即斯密特觸發器和一個用于反饋的一階慣性環節組成；常規偽速率調制器的輸入是控制量或姿態誤差，輸出是寬度和間隔隨輸入信號而改變的脈沖信號，待設計的參數包括斯密特觸發器的開閾值、關閾值或滯環寬度、一階慣性環節的增益系數和時間常數；所述的模糊邏輯系統模塊由兩個查表形式的模糊邏輯系統組成，即模糊邏輯系統A和模糊邏輯系統B；模糊邏輯系統A由模糊器A、模糊規則庫A、模糊推理機A和解模糊器A組成；模糊規則庫A的輸入量有兩個：目標姿態角θr和經過處理的等效角加速度ε；其輸出量為開閾值為hon；模糊規則庫A用模糊規則表的形式描述，如表1所示；表1hon的模糊調節規則模糊邏輯系統B由模糊器B、模糊規則庫B、模糊推理機B和解模糊器B組成；模糊規則庫B的輸入量有兩個：與敏感器相關的等效噪聲Ns和經過處理的等效角加速度ε；其輸出量為滯環寬度d；模糊規則庫B用模糊規則表的形式描述如表2所示；表2d的模糊調節規則表1和表2中，S表示小；M表示中；B表示大；S1表示較小；S2表示很小；B1表示較大；B2表示很大；數據處理模塊包括等效角加速度ε的獲取和等效噪聲Ns的獲取，其中，等效角加速度ε是利用陀螺測量的角速度差分并剔野、濾波得到的；等效噪聲Ns根據敏感器類型和一段時間內的測量數據統計均方差加權得到的；模糊邏輯系統的輸出的開閾值hon和滯環寬度d作為常規偽速率調制器開閾值hon和滯環寬度d的輸入。...

【技術特征摘要】
1.一種參數自整定偽速率調制器，其特征在于包括常規偽速率調制器、模糊邏輯系統模塊和數據處理模塊； 所述的常規偽速率調制器由一個前向環節即斯密特觸發器和一個用于反饋的一階慣性環節組成；常規偽速率調制器的輸入是控制量或姿態誤差，輸出是寬度和間隔隨輸入信號而改變的脈沖信號，待設計的參數包括斯密特觸發器的開閾值、關閾值或滯環寬度、一階慣性環節的增益系數和時間常數； 所述的模糊邏輯系統模塊由兩個查表形式的模糊邏輯系統組成，即模糊邏輯系統A和模糊邏輯系統B ； 模糊邏輯系統A由模糊器A、模糊規則庫A、模糊推理機A和解模糊器A組成；模糊規則庫A的輸入量有兩個目標姿態角Θ ^和經過處理的等效角加速度ε ;其輸出量為開閾值為hm ;模糊規則庫A用模糊規則表的形式描述，如表I所示； 表Ihm的模糊調節規則2.根據權利要求1所述的一種參數自整定偽速率調制器，其特征在于模糊器A與模糊器B的原理和結構相同；模糊推理機A與模糊推理機B的原理和結構相同；解模糊器A與解模糊器B的原理和結構相同。3.根據權利要求1所述的一種參數自整定偽速率調制器，其特征在于一階慣性環節的增益系數k =1. O ;時間常數Tm在O. 3 3. O秒之間取值。4.根據權利要求1所述的一種參數自整定偽速率調制器，其特征在于模糊邏輯系統的輸入、輸出變量的論域和相應的模糊集 模糊邏輯系統A的輸入為和^輸出為!^，ΘΓ> ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王佐偉，劉江，楊帆，
申請(專利權)人：北京控制工程研究所，
類型：發明
國別省市：