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原文传递轨控发动机故障下的自主离轨制动控制方法和装置

专利名称：	轨控发动机故障下的自主离轨制动控制方法和装置
摘要：	本发明涉及飞行器离轨制动技术领域，特别涉及一种轨控发动机故障下的自主离轨制动控制方法和装置。方法包括：到达第一离轨制动点时，利用第一轨控发动机进行离轨制动，同时对第一轨控发动机是否故障进行在轨诊断；当第一轨控发动机故障时，判断第二轨控发动机的开机占空比是否小于占空比阈值；第一轨控发动机的推力小于第二轨控发动机；若否，则基于飞行器的当前轨道信息和目标再入点信息，二次规划剩余制动脉冲和第二离轨制动点，以保证飞行器能够利用第二轨控发动机继续执行剩余脉冲。本方案，可以对第一轨控发动机进行在轨诊断，以在诊断出第一轨控发动机故障后，快速二次规划出可行的制动策略，确保故障情况下仍然可以高精度离轨返回。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京控制工程研究所
发明人：	李毛毛;龚宇莲;张海博;常亚菲;何英姿;李川;孙帅
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-09T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311294924.2
公开号：	CN117022680A
代理机构：	北京格允知识产权代理有限公司
代理人：	张莉瑜
分类号：	B64G1/24;B;B64;B64G;B64G1;B64G1/24
申请人地址：	100080 北京市海淀区中关村南三街16号
主权项：	1.一种轨控发动机故障下的自主离轨制动控制方法，其特征在于，包括：到达第一离轨制动点时，利用第一轨控发动机进行离轨制动，同时对所述第一轨控发动机是否故障进行在轨诊断；当所述第一轨控发动机故障时，判断第二轨控发动机的开机占空比是否小于占空比阈值；其中，所述第一轨控发动机的推力小于所述第二轨控发动机；若是，则直接利用所述第二轨控发动机根据所述开机占空比执行间歇开机；若否，则基于飞行器的当前轨道信息和目标再入点信息，对剩余脉冲进行二次规划，以确定第二离轨制动点的位置信息、剩余制动脉冲规划值和制动角；基于所述第二离轨制动点的位置信息和制动角，对所述飞行器进行姿态调整，以在到达所述第二离轨制动点时，基于所述开机占空比和剩余制动脉冲规划值，控制所述第二轨控发动机执行剩余脉冲。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，是通过如下方式对所述第一轨控发动机进行在轨诊断的：针对每一个诊断周期，均执行：将标称累计速度增量和加速度计测量的实际累计速度增量清零，同时记录当前诊断周期的开始星时；在当前诊断周期的每一个控制周期，均对所述标称累计速度增量和加速度计测量的实际累计速度增量进行累加计算，并实时判断每一个控制周期下标称累计速度增量和实际累计速度增量的差值的绝对值是否大于等于故障诊断阈值；当标称累计速度增量和实际累计速度增量的差值的绝对值大于等于故障诊断阈值，且大于等于故障诊断阈值的累计时间超过时间阈值时，确定所述第一轨控发动机故障；否则，则继续对当前诊断周期的每一个控制周期进行故障诊断，直至实时星时与当前诊断周期的开始星时的差值大于等于所述诊断周期的周期时长时，跳转执行所述将标称累计速度增量和加速度计测量的实际累计速度增量清零，以开始下一个诊断周期。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每一个控制周期时所述标称累计速度增量是通过如下方式进行累加计算的：式中，为当前控制周期的标称累计速度增量，/>为上一控制周期的标称累计速度增量，/>为当前的标称加速度，/>为控制周期的时长；每一个控制周期时加速度计测量的实际累计速度增量是通过如下方式进行累加计算的：式中，为当前控制周期的实际累计速度增量，/>为上一控制周期的实际累计速度增量，/>为加速度计测量的实际加速度，/>为控制周期的时长。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述飞行器的当前轨道信息和目标再入点信息，对剩余脉冲进行二次规划，以确定第二离轨制动点的位置信息、剩余制动脉冲规划值和制动角，包括：基于所述飞行器的当前轨道信息和目标再入点信息，确定过渡轨道信息；其中，当前轨道信息包括当前轨道的平均轨道根数半长轴、平均轨道偏心率和平均轨道近地点幅角；所述过渡轨道信息包括过渡轨道的平均轨道根数半长轴、平均轨道偏心率和平均轨道近地点幅角；将当前轨道与过渡轨道的交点确定为第二离轨制动点，以基于在交点处两条轨道的飞行器地心距和纬度幅角均相等的条件，利用当前轨道信息和所述过渡轨道信息建立方程组，求解所述第二离轨制动点的纬度幅角和飞行器地心距；基于当前轨道信息、过渡轨道信息和所述第二离轨制动点的纬度幅角，分别确定离轨制动前和离轨制动后的切向速度分量和法向速度分量，以得到剩余制动脉冲规划值；基于所述剩余制动脉冲规划值，确定所述飞行器的制动角。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方程组为：其中，式中，为当前轨道在交点处的地心距，/>为过渡轨道在交点处的地心距，/>和/>分别为当前轨道和过渡轨道的平均轨道根数半长轴，/>和/>分别为当前轨道和过渡轨道的平均轨道偏心率，/>和/>分别为当前轨道和过渡轨道在交点处的真近点角，/>和/>分别为当前轨道和过渡轨道在交点处的纬度幅角，/>和/>分别为当前轨道和过渡轨道的平均轨道近地点幅角。 6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述基于当前轨道信息、过渡轨道信息和所述第二离轨制动点的纬度幅角，分别确定离轨制动前和离轨制动后的切向速度分量和法向速度分量，以得到剩余制动脉冲规划值之后，还包括：将剩余制动脉冲规划值大于规划值阈值作为第一判断条件，将所述第二离轨制动点的纬度幅角小于纬度幅角阈值作为第二判断条件；其中，所述纬度幅角阈值是基于当前轨道的纬度幅角、预设的保护时间和当前的轨道角速度确定的；当所述第一判断条件和所述第二判断条件均不符合时，直接将所述剩余制动脉冲规划值作为最终的剩余制动脉冲规划值；当所述第一判断条件和所述第二判断条件至少有一个符合时，启动保护策略，以利用所述保护策略计算新的剩余制动脉冲规划值和新的第二离轨制动点的纬度幅角作为最终的剩余制动脉冲规划值和第二离轨制动点的纬度幅角。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述保护策略是通过如下公式计算新的剩余制动脉冲规划值和新的第二离轨制动点的纬度幅角的：其中，式中，为新的第二离轨制动点的纬度幅角，/>为当前轨道的纬度幅角，/>为当前的轨道角速度，/>为所述第一轨控发动机执行剩余脉冲的理论开机时间，/>为所述第二轨控发动机执行剩余脉冲的理论开机时间，/>为新的剩余制动脉冲规划值，/>为所述第一轨控发动机故障之前规划的总的制动脉冲，/>为在诊断出所述第一轨控发动机故障时，利用加速度计已经实际累积的速度增量，/>和/>分别为所述第一轨控发动机和所述第二轨控发动机的比冲，m为所述飞行器的质量，/>和/>分别为所述第一轨控发动机和所述第二轨控发动机的推力。 8.一种轨控发动机故障下的自主离轨制动控制装置，其特征在于，包括：诊断单元，用于到达第一离轨制动点时，利用第一轨控发动机进行离轨制动，同时对所述第一轨控发动机是否故障进行在轨诊断；判断单元，用于当所述第一轨控发动机故障时，判断第二轨控发动机的开机占空比是否小于占空比阈值；其中，所述第一轨控发动机的推力小于所述第二轨控发动机；第一制动单元，用于若是时，直接利用所述第二轨控发动机根据所述开机占空比执行间歇开机；规划单元，用于若否时，基于飞行器的当前轨道信息和目标再入点信息，对剩余脉冲进行二次规划，以确定第二离轨制动点的位置信息、剩余制动脉冲规划值和制动角；第二制动单元，用于基于所述第二离轨制动点的位置信息和制动角，对所述飞行器进行姿态调整，以在到达所述第二离轨制动点时，基于所述开机占空比和剩余制动脉冲规划值，控制所述第二轨控发动机执行剩余脉冲。 9.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。 10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
所属类别：	发明专利