基于数字压力传感器的运载火箭贮箱冗余增压控制方法与流程

本发明涉及一种基于数字压力传感器的运载火箭贮箱冗余增压控制方法。

背景技术：

1、当前新一代运载火箭逐步开始采用数字式增压控制系统，该系统多由压力传感器、增压控制装置与增压电磁阀组成，通过增压控制装置对采集的压力信号与目标压力进行对比决策是否打开/关闭增压电磁阀，从而实现对贮箱压力的调节。

2、运载火箭增压输送系统主要在飞行过程中将推进剂贮箱压力维持在一个固定范围，以满足发动机入口压力要求及维持贮箱结构强度和刚度所需的内压要求。

3、目前增压输送系统多采用压力信号器、增压控制器、增压电磁阀和气瓶组合的机械式增压控制方式；压力信号器为机械机构，在敏感到1个贮箱压力值时完成开关信号跳变，增压控制器接收压力信号器开关信号直接驱动继电器控制增压电磁阀动作，将气瓶中的增压气体放入贮箱完成增压工作。这种增压方法一般采用压力信号器、增压电磁阀主备冗余，基于主备2个贮箱压力控制点冗余完成增压控制，主要存在以下几个问题：

4、1)压力信号器设计生产完成后贮箱压力控制点为定值，不可动态调节；但发动机不同工作段、飞行过程中贮箱液位不同高度下对贮箱压力要求不同，传统机械式增压控制方法无法满足贮箱目标压力动态调节的要求；

5、2)压力信号器与增压电磁阀为一对一对应控制方式，控制方法较为单一；对贮箱不同目标压力值，不同目标压力与当前压力差下的增压控制效率，传统机械式增压控制方法无法动态调节，使得飞行过程中贮箱压力处于较大范围的波动状态。

6、传统机械式增压控制方法主要受限于信息源压力信号器敏感数据单一，无法实现灵活的增压控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数字压力传感器的运载火箭贮箱冗余增压控制方法。

2、为解决上述问题，本发明提供一种基于数字压力传感器的运载火箭贮箱冗余增压控制方法，包括：

3、首先对三路数字压力传感器压力数据完成有效性判断，而后进行压力数据滤波和三取二冗余判决，对表决后压力数据使用增压压力差和目标压力值加权控制方法进行增压表决控制，决定增压阀的控制数量，最后通过六管冗余输出阀控指令。

4、进一步的，上述方法中，对三路数字压力传感器压力数据完成有效性判断，包括：

5、1)增压控制装置对压力传感器串口数据在20ms周期内进行接收，判断是否为帧头字节；若是，继续接收该周期内的其他字节；若不是，丢弃该字节的数据，继续接收后续数据，继续查找帧头；

6、2)从帧头接收完成后的1ms内，判别是否完成压力数据对应字节长度的数据接收；

7、3)若数据接收字节长度正确，判别数据帧尾字节是否正确；若错误，丢弃该周期压力数据，本周期压力错误标志kz置1；

8、4)若数据帧尾字节正确，判别数据校验和是否正确；若错误，丢弃该周期压力数据，本周期压力错误标志kz置1；

9、5)若数据校验和正确，则解析串口压力数据py，本周期压力错误标志kz置0；若错误，丢弃该周期压力数据，本周期压力错误标志kz置1；本周期结束；

10、数据有效性判别后，得到串口压力数据及本周期压力错误标志作为数据滤波输入。

11、进一步的，上述方法中，进行压力数据滤波，包括：

12、1)滤波开始前，初始化数据周期计数值m、有效压力数n和滤波压力数据和psum；

13、2)对周期m计数加1，判断计数值是否小于等于10；

14、3)若满足计数值是否小于等于10，从串口接收模块接收压力数据py和压力错误标志信息kz；

15、4)判断压力错误标志信息kz是否为0；若标志信息为0，则有效压力数n计数加1，滤波压力数据和psum叠加py，并回到周期计数环节，等待接收下一个小周期数据；若标志信息不为0，则回到周期计数环节，等待接收下一个小周期数据；

16、5)当周期计数m不满足小于等于10(即大于10)时，判断有效压力数n是否为0；

17、6)当有效压力数n等于0，滤波压力pfa维持上一拍；模块a滤波后压力数据错误标志ka置1；

18、7)当有效压力数n不等于0，计算滤波压力pfa＝psum/n；模块a滤波后压力数据错误标志ka置0；

19、压力数据滤波后得到模块滤波后压力数据错误标志ka，及滤波压力pfa，作为压力数据三取二判决输入。

20、进一步的，上述方法中，三取二冗余判决，包括：

21、1)获取a、b、c板的滤波后压力数据错误标志、滤波压力值；

22、2)判断a、b、c板滤波后压力数据错误标志和是否为0，即三个传感器均有效；若为0，则对a、b、c板滤波压力pfa、pfb、pfc进行从大到小排序，取中间压力作为表决后压力值pbj；

23、3)若不为0，则判断a、b、c板滤波后压力数据错误标志和是否为1，即二个传感器有效；若为1，则对未出现数据错误的两块板的滤波压力取平均值作为表决后压力值pbj；

24、4)若不为1，则判断a、b、c板滤波后压力数据错误标志和是否为2，即一个传感器有效；若为2，则将未出现数据错误的一块板的滤波压力直接作为表决压力值pbj；

25、5)若不为2，则表明无传感器有效，表决后压力值pbj维持上一拍，增压备保控制标志kr置1。

26、进一步的，上述方法中，对表决后压力数据使用增压压力差和目标压力值加权控制方法进行增压表决控制，决定增压阀的控制数量，包括：

27、1)模块从三取二冗余模块获取表决后压力值pbj和增压备保控制标志kr；

28、2)从外部时钟输入获取发动机点火时间和起飞时间，根据贮箱目标压力装订数据确定目标压力值ptg；

29、3)判断增压备保控制标志kr是否为1；若kr为1，则打开进入增压备保控制，打开1个增压阀；

30、4)若kr不为1，进入正常增压控制模式，对目标压力值ptg进行阈值判断确认目标压力增益系数a；

31、5)对目标压力值ptg与当前贮箱压力值pbj作差运算获取压力值偏差per；

32、6)计算增压权重系数q，其等于目标压力增益系数a*压力值偏差per；

33、对增压权重系数q进行阈值判断，决定增压阀打开个数。

34、进一步的，上述方法中，通过六管冗余输出阀控指令，包括：

35、增压控制模块将控制指令发往指令隔离输出模块，指令隔离输出模块采用六管固态继电器冗余设计方式进行，驱动单个电磁阀控制指令输出，适应多种故障模式，最终完成增压电磁阀的控制输出。

36、综上所述，为了解决传统机械式增压控制系统推进剂贮箱目标压力无法动态调节、增压控制效率无法动态调节造成贮箱压力不平稳等问题，本发明提出了基于数字压力传感器的运载火箭贮箱冗余增压控制方法。该方法以高实时性数字压力传感器采集的压力信号作为信号源，在信号有效性判断、滤波处理和冗余判决后，完成增压压力差和目标压力值权重系数计算，根据权重系数结果判决增压控制方式，最终驱动六管冗余固态继电器控制增压电磁阀完成推进剂贮箱增压。

37、本发明利用数字压力采集的高实时性的优点，应用冗余数据源、数据判决、指令输出的冗余设计方式，创新性提出了基于增压压力差和目标压力值加权控制方法。确保运载火箭贮箱增压控制系统在火箭飞行过程的工作可靠性和故障适应能力。

38、本发明专利提出基于数字压力传感器的运载火箭贮箱冗余增压控制方法，可满足推进剂贮箱目标压力动态调节的要求，和满足增压控制效率动态调节实现贮箱压力全程平稳的要求，确保增压控制系统在火箭飞行过程的工作可靠性，提高故障适应能力。