CN112124631B - 自适应分档控制方法、控制装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了自适应分档控制方法、控制装置及存储介质，自适应分档控制方法通过接收控制器的控制力指令并与多个触发器门限值作比较生成多个比较值，再根据多个比较值进行控制力档位判断生成档位状态值，然后根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量，最后根据映射特征量通过映射表得到映射值，根据映射值确定控制档位。实现了自动选择不同档位控制力进行飞行器控制，利用多种控制力协同工作达到目前飞行器更高精度控制要求的控制方法，解决了现有技术中在飞行器飞行任务中的分时分段控制方法在由于采用单一控制力控制精度低的问题。

Description

自适应分档控制方法、控制装置及存储介质

技术领域

本申请属于航空航天技术领域，具体地，涉及一种自适应分档控制方法、控制装置及存储介质。

背景技术

随着商业航空航天飞行器的场景需求的多样化，商业航天的发展对运载火箭低成本化提出了更高的要求，相比于昂贵的柔性喷管，低成本的姿控喷管得到了更为广泛的应用。由于火箭飞行器飞行过程中质量特性变化大、发动机干扰以及释放前高精度控制要求等因素，通常做法是配有多种不同控制力的姿控喷管或者利用多个推力相同姿控喷管构建不同的控制力，以满足火箭多样化控制力的需求。

对于配有多个档位控制力的控制设计常采用分时分段进行控制，即依据火箭特性进行飞行段划分，在各飞行段内选择一种合适的控制力进行控制***设计，但这种采用单一控制力的控制方法在发动机工作段、大角度调姿段等阶段，难以兼顾抗干扰、快响应以及高精度等要求，因此亟需一种可提供多种控制力同工作达到目前飞行器更高精度控制要求的控制方法。

发明内容

本发明提出了一种自适应分档控制方法、控制装置及存储介质，旨在解决现有技术中在飞行器飞行任务中的分时分段控制方法在由于采用单一控制力控制精度低的问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种自适应分档控制方法，包括以下步骤：

接收控制通道内控制器的控制力指令并与多个触发器门限值作比较生成多个比较值；

根据多个比较值进行控制力档位判断生成档位状态值；

根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量；

根据映射特征量通过映射表得到映射值；

根据所述映射值确定控制档位。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种自适应分档控制装置，具体包括：

多个触发器，用于接收控制器的控制力指令并与门限值作比较生成比较值；

档位判断器，根据多个比较值进行控制力档位判断生成档位状态值；

映射特征量计算模块，用于根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量；

映射表，用于根据映射特征量得到映射值；

档位控制模块，用于根据所述映射值确定控制档位。

根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；计算机程序被处理器执行以实现自适应分档控制方法。

采用本申请实施例中的自适应分档控制方法、控制装置及存储介质，通过接收控制器的控制力指令并与多个触发器门限值作比较生成多个比较值，再根据多个比较值进行控制力档位判断生成档位状态值，然后根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量，最后根据映射特征量通过映射表得到映射值，根据映射值的开关指令确定控制档位。实现了自动选择不同档位控制力进行飞行器控制，利用多种控制力协同工作达到目前飞行器更高精度控制要求的控制方法。现有技术中在飞行器飞行任务中的分时分段控制方法在由于采用单一控制力控制精度低的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1中示出了根据本申请实施例的一种自适应分档控制方法的步骤流程图；

图2中示出了根据本申请实施例的触发器的结构示意图；

图3示出了根据本申请实施例的档位判断器的工作流程图；

图4中示出了根据本申请实施例的一种自适应分档控制装置的结构示意图；

图5中示出了根据本申请另一实施例的一种自适应分档控制装置的复合控制结构图。

具体实施方式

在实现本申请的过程中，发明人发现火箭飞行器飞行过程中质量特性变化大、发动机干扰以及释放前高精度控制要求等因素下，通常采用依据火箭特性进行飞行段划分确定一控制力的方法，即在各飞行段内选择一种合适的控制力进行控制***设计，但这种采用单一控制力的控制方法在发动机工作段、大角度调姿段等阶段难以兼顾抗干扰、快响应以及高精度等要求，因此亟需一种可提供多种控制力同工作达到目前飞行器更高精度控制要求的控制方法。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种自适应分档控制方法、控制装置及存储介质，通过接收控制器的控制力指令并与多个触发器门限值作比较生成多个比较值，再根据多个比较值进行控制力档位判断生成档位状态值，然后根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量，最后根据映射特征量通过映射表得到映射值，根据映射值生成档位控制开关。实现了自动选择不同档位控制力进行飞行器控制，利用多种控制力协同工作达到目前飞行器更高精度控制要求的控制方法。现有技术中在飞行器飞行任务中的分时分段控制方法在由于采用单一控制力控制精度低的问题。

在本申请技术方案中，可根据控制量大小自适应切换控制力档位，利用多种控制力协同工作。还解决了采用单一控制力难以兼顾抗干扰、快响应以及高精度飞行任务要求的问题。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

图1中示出了根据本申请实施例的一种自适应分档控制方法的步骤流程图。如图1所示，本实施例的自适应分档控制方法，具体包括以下步骤：

S101：接收控制器的控制力指令并与多个触发器门限值作比较得到多个比较值。

S102：根据所述多个比较值进行控制力档位判断得到档位状态值。

S103：根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量。

S104：根据所述映射特征量通过映射表得到映射值。

S105：根据所述映射值确定控制档位。

本申请实施例的自适应分档控制方法主要是根据控制量大小来计算相应的控制力档位，主要包括多个并联的触发器以及档位判断器。采用不同的触发门限触发器表征不同控制力档位，将多个具有不同触发门限值的触发器并联，控制量经过触发器时会根据控制量与触发门限的相对大小关系产生-k、0、k三个输出状态，其中k为该触发器对应的档位值，将各个触发器的输出状态经过档位判断器判断计算，将触发的最高档位值作为当前控制力档位。

图2中示出了根据本申请实施例的触发器的结构示意图；

具体的，S101中，每个控制通道内包括多个并联的触发器。

如图2所示，每一个触发器的开关公式为：

其中，K_i表示当前控制节拍触发器的输出量作为比较值，K_i-1表示上一个控制节拍触发器输出量，u为输入量，u_ot为触发门限值。

触发门限值根据姿控喷管控制力配置情况与控制精度要求进行设置，同时为了使得同一控制器在不同档位下仍能稳定控制，触发门限配置与相应档位的控制力呈一定比例关系。

具体的，根据预先设定的不同控制力档位的控制力大小确定对应的触发器门限，确定规则为：

其中，u_ot1为第一个触发器门限值，u_oti为第i个触发器门限值，p₁为第一档控制力档位的控制力，p_i为第i档控制力档位的控制力。

其中，λ为比例系数，根据控制器幅值裕度选定，优选地，所述λ取值为0.7到1.3之间。

具体的，S102中，根据所述多个比较值进行控制力档位判断得到档位状态值，具体包括以下判断规则：

接收各触发器对应的比较值K_c1、K_c2…K_ci…K_cimax；其中，i为各触发器的编号，i大于等于1且小于等于imax；imax为触发器的数量；

从K_cimax开始，按编号从大到小的顺序依次将各触发器的比较值K_ci与0进行比较；

在K_ci不等于0时，令档位状态值等于K_ci。

进一步的，图3示出了根据本申请实施例的档位判断器的工作流程图。

档位判断器用于判断当前触发的最大档位值，如图3所示，档位判断开始后，接收多个并联触发器的输出比较值K_c1、K_c2、...、K_cimax；设定循环判断触发器的最多个数为i个，当i依次从最大值减少时依次判断第i个触发器对应的的输出比较值K_ci，比较过程中直至判断K_ci＝0时确定值K＝K_ci，同时，当依次判断最后至第一个触发器时确定值K＝0。最后选择最大值K_ci为档位判断的档位状态值。

本实施例中，俯仰控制通道并联设置p个触发器，则俯仰控制通道内i最大值为p，对应得到的档位状态值为

偏航控制通道并联设置q个触发器，则偏航控制通道内i最大值为q，对应得到的档位状态值为K_ψ；滚转控制通道并联设置r个触发器，则滚转控制通道内i最大值为r，对应得到的档位状态值为K_γ。

具体的，S103中，各控制通道包括俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道。根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量具体计算公式为：

θ＝(K_γ+r)·(2q+1)·(2p+1)+(K_ψ+q)·(2p+1)+(K_φ+p)

其中，θ为映射特征量，K_γ、K_ψ、

分别为滚转控制通道、偏航控制通道以及俯仰控制通道的档位状态值，俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道三个通道分别有p、q、r个档位，即相应的俯仰控制通道并联设置p个触发器，偏航控制通道并联设置q个触发器，滚转控制通道并联设置r个触发器。

进一步的，S104中，根据所述映射特征量通过映射表得到映射值。具体的，将映射特征量作为映射表行号，确定映射表中的映射行；根据映射表行号映射对应映射表一行中的映射值。映射行中的姿控喷管开关指令即为映射值。

S105中，根据包括所述映射值的生成档位控制开关指令。

具体的，映射表的控制指令映射功能是将俯仰、偏航、滚转三个通道控制量产生的档位状态值映射至执行机构层面的姿控喷管开关指令。映射表是一个二维数表，每一行存储了与三个通道控制力档位状态值相对应的姿控喷管开关指令；映射特征量θ表征了三个通道控制力档位状态值在映射表中所处的行号，可以快速映射至各个姿控喷管的开关指令。

具体的，映射表中不同档位状态值与对应的姿控喷管开关指令按行堆叠，映射表数据堆叠规则为：不同档位状态值横向按俯仰通道、偏航通道以及滚转通道的顺序，竖向依次从负到正依次行堆叠。

表1是映射表编制示例，映射表数据堆叠如下：

其中，K_γ、K_ψ、

分别为滚转控制通道、偏航控制通道以及俯仰控制通道的档位状态值，俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道三个通道分别有p、q、r个档位，Jet₁、Jet₂、Jet_m为姿控喷管开关指令。

实施例2

图4中示出了根据本申请实施例的一种自适应分档控制装置的结构示意图。

如图4所示，自适应分档控制装置具体包括：

多个触发器10，用于接收控制器的控制力指令并与门限值作比较得到比较值。

档位判断器20，用于根据多个比较值进行控制力档位判断得到档位状态值。

映射特征量计算模块30，用于根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量。

映射表模块40，用于根据映射特征量得到映射值。

档位控制模块50，用于根据所述映射值的开关指令确定控制档位。

具体的，在触发器设计阶段还包括确定触发器门限值以及确定触发器对应档位控制力；不同控制力档位的控制力大小为预先确定的；根据预先设定的不同控制力档位的控制力大小确定对应的触发器门限，确定规则为：

其中，u_ot1为第一个触发器门限值，u_oti为第i个触发器门限值，p₁为第一档控制力档位的控制力，p_i为第i档控制力档位的控制力，λ为比例系数，λ取值为0.7到1.3之间。

具体的，多个触发器10并联连接。

具体的，档位判断器20具体包括：

接收单元，用于接收i个触发器的比较值K_c1、K_c2…K_ci…K_cimax；其中，i为各触发器的编号，i大于等于1且小于等于imax；imax为触发器的数量；

比较单元，用于从K_cimax开始，按编号从大到小的顺序依次将各触发器的比较值K_ci与0进行比较；

档位确定单元，用于在K_ci不等于0时，确定档位状态值为K_ci。

具体的，映射特征量计算模块40具体包括以下计算公式：

θ＝(K_γ+r)·(2q+1)·(2p+1)+(K_ψ+q)·(2p+1)+(K_φ+p)

其中，θ为映射特征量，K_γ、K_ψ、

分别为滚转控制通道、偏航控制通道以及俯仰控制通道的档位状态值，俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道分别有p、q、r个档位，即俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道分别包括p、q以及r个并联的触发器。

图5中示出了根据本申请另一实施例的一种自适应分档控制装置的复合控制结构图。

如图5所示，本申请实施例的自适应分档控制装置采用多级控制力档位下的自适应分档控制。主要包括两大功能，一是基于触发器并联的自适应分档功能，另一个是控制指令映射功能。首先控制量经并联触发器生成档位状态量，然后通过指令映射功能得到各个姿控喷管的开关指令，具体的：

首先，俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道的控制器分别发出俯仰控制力指令u_φ、偏航控制力指令u_ψ以及滚转控制力指令u_γ；

其次，每一个控制通道内由多个触发器10并联组成的触发器组件将控制力指令与触发器门限值作比较生成多个触发器对应的比较值。俯仰控制通道并联设置p个触发器，则俯仰控制通道内生成p个比较值；偏航控制通道并联设置q个触发器，则偏航控制通道内生成q个比较值；滚转控制通道并联设置r个触发器，则滚转控制通道内生成r个比较值。

然后，每一个控制通道内多个触发器10比较值经过档位判断器20MAX进行判断生成档位状态值。俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道三个通道分别生成三个档位状态值

K_ψ以及K_γ；

然后，映射特征量计算模块30根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量。

最后，映射表模块40根据映射特征量得到映射值Jet₁、Jet₂、Jet₃、….Jet_m。以映射特征量作为行号，查找映射表中各个姿控喷管的开关指令，并将指令发送给姿控喷管执行。映射值的开关指令Jet₁、Jet₂、Jet₃、….Jet_m最后确定飞行器姿控喷管的控制档位。

本申请实施例中的自适应分档控制方法以及控制装置实现了多级控制力档位下的自适应分档控制，在火箭飞行过程中能够根据控制力需求大小自适应的切换控制力档位，同时无需为各个档位设计单独控制器，简化了设计并避免控制器切换带来的振荡，提升了飞行过程中的抗干扰能力和控制精度。该方法流程简单，易于实现，可广泛应用于各类分档设计中。

本申请实施例中的自适应分档控制方法以及控制装置采用多个触发器并联加档位判断器的方式进行多级档位的自适应切换，可以实现一个控制器下多档位稳定切换，该方法简单，易于实现。

本申请实施例中的自适应分档控制方法以及控制装置中给出的协议编制的映射表，仅需通过一条简单的计算命令即可映射至各个姿控喷管指令，相比传统查询或多层逻辑判断的方法，其映射效率高，实现简单，不易出错。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行以实现如上任一内容所提供的自适应分档控制方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种自适应分档控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收控制通道内控制器的控制力指令并与多个触发器门限值作比较得到多个比较值；

根据所述多个比较值进行控制力档位判断得到档位状态值；

根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量；

根据所述映射特征量通过映射表得到映射值；

根据所述映射值确定控制档位；

所述接收控制通道内控制器的控制力指令并与多个触发器门限值做比较得到多个比较值具体包括：

其中，K_i表示触发器的比较值，u为输入量，u_ot为触发门限值；

根据所述多个比较值进行控制力档位判断得到档位状态值，具体包括以下判断规则：

接收各触发器对应的比较值K_c1、K_c2…K_ci…K_cimax；其中，i为各触发器的编号，i大于等于1且小于等于imax；imax为触发器的数量；

从K_cimax开始，按编号从大到小的顺序依次将各触发器的比较值K_ci与0进行比较；

在K_ci不等于0时，令档位状态值等于K_ci。

2.根据权利要求1所述的自适应分档控制方法，其特征在于，还包括：根据预先设定的不同控制力档位的控制力大小确定对应的触发器门限，确定规则为：

其中，u_ot1为第一个触发器门限值，u_oti为第i个触发器门限值，p1为第一档控制力档位的控制力，p_i为第i档控制力档位的控制力，λ为比例系数。

3.根据权利要求2所述的自适应分档控制方法，其特征在于，所述λ的取值为0.7到1.3之间。

4.根据权利要求1所述的自适应分档控制方法，其特征在于，所述各控制通道包括俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道。

5.根据权利要求1所述的自适应分档控制方法，其特征在于，所述根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量，具体计算公式为：

θ＝(K_γ+r)·(2q+1)·(2p+1)+(K_ψ+q)·(2p+1)+(K_φ+p)

其中，θ为映射特征量，K_γ、K_ψ、

分别为滚转控制通道、偏航控制通道以及俯仰控制通道的档位状态值，俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道三个通道分别有p、q、r个档位。

6.根据权利要求1所述的自适应分档控制方法，其特征在于，所述根据所述映射特征量通过映射表得到映射值，具体包括：

将映射特征量作为映射表行号；

根据映射表行号映射对应映射表一行中的映射值。

7.一种自适应分档控制装置，其特征在于，具体包括：

多个触发器，用于接收控制通道内控制器的控制力指令并与门限值作比较得到比较值；

档位判断器，用于根据多个比较值进行控制力档位判断得到档位状态值；

映射特征量计算模块，用于根据各控制通道的档位状态值计算得到对应的映射特征量；

映射表模块，用于根据映射特征量得到映射值；

档位控制模块，用于根据所述映射值确定控制档位；

所述触发器具体用于通过如下公式确定比较值：

其中，K_i表示触发器的比较值，u为输入量，u_ot为触发门限值；

所述档位判断器具体包括：

接收单元，用于接收i个触发器的比较值K_c1、K_c2…K_ci…K_cimax；其中，i为各触发器的编号，i大于等于1且小于等于imax；imax为触发器的数量；

比较单元，用于从K_cimax开始，按编号从大到小的顺序依次将各触发器的比较值K_ci与0进行比较；

档位确定单元，用于在K_ci不等于0时，确定档位状态值为K_ci。

8.根据权利要求7所述的自适应分档控制装置，其特征在于，所述触发器门限的确定规则为：

其中，u_ot1为第一个触发器门限值，u_oti为第i个触发器门限值，p₁为第i档控制力档位的控制力，p_i为第一档控制力档位的控制力，λ为比例系数。

9.根据权利要求7所述的自适应分档控制装置，其特征在于，所述各控制通道包括俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道，所述俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道分别包括p、q以及r个并联的触发器。

10.根据权利要求7所述的自适应分档控制装置，其特征在于，所述映射特征量计算模块具体包括以下计算公式：

θ＝(K_γ+r)·(2q+1)·(2p+1)+(K_ψ+q)·(2p+1)+(K_φ+p)

其中，θ为映射特征量，K_γ、K_ψ、

分别为滚转控制通道、偏航控制通道以及俯仰控制通道的档位状态值，俯仰控制通道、偏航控制通道以及滚转控制通道分别有p、q、r个档位。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-6任一项所述的自适应分档控制方法。

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