【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，屬于固體姿軌控火箭發動機。
技術介紹
1、喉栓式固體姿軌控發動機具有固體火箭發動機結構簡單、易于儲存等諸多優點，同時可實現推力的連續調節，能夠根據導彈飛行狀態進行姿態穩定控制及飛行軌道的調節，成為武器系統的重要直接力控制裝置。導彈飛行時推力調節響應要求較快，而電機伺服機構受質量條件的約束，驅動功率余量相對較小，且閥芯受到高速氣流沖刷及氣動負載的影響，閥芯在不同開度位置上負載發生變化，因此當閥芯快速階躍運動時易出現較大超調，影響姿軌控發動機推力穩定性和推力調節精度。基于閥芯機構位置、電機轉速、電機電流三環嵌套控制，引入位置偏差速率進行位置目標值判別，當目標位置快速變化時，對速度環的運動軌跡進行規劃設計，同時將位置偏差量直接引入到電流控制環中，以加快電流響應，克服負載變化引起的擾動，從而保證響應速度的同時增強抗擾能力減小位置超調。
2、目前，在喉栓式快響應燃氣調節閥運動控制中，主要存在以下問題：
3、1、電機伺服驅動裝置功率余量小。姿軌控發動機受到結構質量的限制，在伺服驅動裝置選型設計時余量較小，通常為短時過載工作，閥芯運動時的控制穩定性較差。
4、2、閥芯運動負載變化大。當閥芯向后運動閥門打開時，閥芯頭部氣動壓力較高幫助閥芯運動，當閥芯向前運動閥門關閉時，閥芯頭部壓力減小尾部壓力較高，氣動力方向變化，與運動方向相同仍然幫助閥芯運動，具有正反饋擾動特性，使控制系統趨于發散。
5、3、伺服機構慣量小動態響應要求高。為滿足推力調節的
技術實現思路
1、本專利技術解決的問題是：針對喉栓式固體姿軌控發動機推力快速調節過程中，閥芯位置控制超調量大、控制穩定性差的問題，提出喉栓式燃氣閥運動超調抑制控制方法，可以根據閥芯位置偏差率的變化對電機速度環進行運動規劃，加快電流響應以抵抗負載擾動，實現閥芯位置超調抑制增強控制系統抗擾能力，保證運動快速性要求的同時抑制位置超調。
2、本專利技術解決的技術方案是：一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，其特征在于，包括下列步驟：
3、(1)設計電機相電流控制環節：
4、根據電機額定工作電流、過載能力及轉矩系數，考慮工作負載及啟動響應時間要求，設定電機工作過程中允許的最大瞬時驅動電流，選擇對應電流傳感器，將電流目標量與電流傳感器測試量的偏差值作為電流反饋控制器的輸入；
5、(2)設計電機轉速控制環節：
6、根據電機額定轉速、減速比及響應時間要求，設定電機最高工作轉速，選擇對應測速傳感器，將速度目標量與測速傳感器反饋量的偏差值作為轉速控制器的輸入，轉速控制器的輸出為電流目標量，完成速度環與電流環的嵌套；
7、(3)設計閥芯位置控制環：
8、31)給定閥芯調節目標位置，采集位置傳感器反饋的當前閥芯位置，計算位置偏差量δx，對位置偏差量做微分運算，得到位置偏差速率
9、32)根據位置調節頻響要求，設計位置偏差速率門限值
10、33)比較位置偏差速率與門限值如則將位置偏差量δx作為位置控制器輸入量，經過控制器運算后直接輸出速度環目標值，如則對速度環目標值進行運動規劃設計，避免出現過大的速度指令，導致閥芯到位后電機短時間內減速困難而出現超調；
11、34)當時，將位置偏差量δx經過比例運算后直接作為電流環目標值的一部分，快速啟動電流控制以克服負載擾動，同時實現快速響應和無超調控制。
12、優選地，運動控制結構基于閥芯位置一電機轉速一電機相電流三環嵌套方式；
13、優選地，速度環目標值根據位置環偏差變化率進行規劃設計；
14、優選地，對于快速變化的位置環目標值，將位置偏差量經比例運算后直接作為電流環的部分目標值；
15、優選地，根據閥芯調節運動的頻率響應要求，設計位置變化率門限值，判斷閥芯位置是否為光滑連續運動。
16、優選的，根據閥門驅動負載、電機額定功率及過載能力，設定電機工作過程中允許的最大瞬時驅動電流，作為電流控制環的指令峰值，設計電流環控制帶寬，通常選擇20khz，選擇高頻響特性的電流傳感器2個，分別測量電機a相、b相電流；
17、優選的，根據閥門位置調節的指令周期要求，以及位置目標值的最大變化速率，設計閥門最大位置偏差率當位置偏差率大于時則對速度環進行運動規劃，根據電機調速能力及位置偏差率，對速度環目標量采用三角形規劃或梯形規劃方式，其目的在于：保證閥芯到位時，電機減速過程能夠較好的跟隨速度目標量變化，實現運動超調抑制；
18、優選的，閥芯機構位置控制環和電機速度控制環采用相同的控制周期，每個控制周期內完成位置偏差率比較、速度環目標值規劃判斷、速度規劃設計等，當電機勻速轉動時閥芯機構勻速運動，位置環傳感器反饋閥芯位置信號，編碼器反饋電機旋轉的角位移增量，除以速度環控制周期后得到電機轉速。
19、優選的，考慮減速器及傳動機構影響，建立電機轉速與閥芯運動速率之間的關系，根據電機額定轉速及閥芯調節響應時間要求，設計電機最大工作轉速vmax，閥芯機構運動過程中，當位置環控制器解算出的電機轉速目標值超過最大工作轉速時，采用梯形指令規劃速度環目標值，當電機轉速目標值小于最大工作轉速時采用三角形指令規劃方式。
20、優選的，速度環目標值規劃，其目的在于：電機在高動態的加、減速過程中，人為減緩速度目標值的變化速率，保證閥芯到位時，電機減速過程能夠較好的跟隨速度目標量變化，避免機構快速運動時負載變化導致的電機速度拉偏，進而抑制位置超調量。
21、優選的，設置電流飽和輸出量，當電機轉速持續偏離目標值或位置環給出的電流補償量過大時，電流環控制器具有飽和限流能力，防止電機和電流傳感器損壞。
22、本專利技術與現有技術相比的優點在于：
23、(1)本專利技術中的一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，可以實現電機轉速控制環的設計規劃，在電機動態加減速過程中限制速度目標值的變化速率，保證電機轉速的跟隨性，當閥芯運動到位時速度環目標值減小為零，電機實際轉速也為零，機構停止運動實現無超調控制。
24、(2)本專利技術中當電機抵抗閥芯負載進行動態加減速時，將位置偏差率補償到電流環目標值中，繞過速度環加快了電流目標值的給出，在閥芯加速前提高了電流響應，保證運動控制系統的機械特性剛度，提高了閥芯調節響應速度并兼顧了抗擾能力。
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1.一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，其特征在于，包括下列步驟：
2.根據權利要求1所述的一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，其特征在于：步驟1包括：根據電機額定工作電流、過載能力及轉矩系數，考慮工作負載及啟動響應時間要求，設定電機工作過程中允許的最大瞬時驅動電流，選擇對應電流傳感器，將電流目標量與電流傳感器測試量的偏差值作為電流反饋控制器的輸入。
3.根據權利要求2所述的一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，其特征在于：步驟2包括：根據電機額定轉速、減速比及響應時間要求，設定電機最高工作轉速，選擇對應測速傳感器，將速度目標量與測速傳感器反饋量的偏差值作為轉速控制器的輸入，轉速控制器的輸出為電流目標量，完成速度環與電流環的嵌套。
4.根據權利要求3所述的一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，其特征在于：步驟3包括：
5.根據權利要求1所述的一種喉栓式快響應燃氣閥運動超調抑制控制方法，其特征在于：所述控制方法針對電動調節式燃氣閥閥芯運動控制，采用閥芯位置一電機轉速一電機相電流三環嵌套控制方式。
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