一种基于变门限的推进剂利用系统调节方法
阅读说明：本技术 一种基于变门限的推进剂利用系统调节方法 (Variable threshold-based propellant utilization system adjusting method ) 是由 李�东 刘秉 何巍 杨虎军 娄路亮 张兵 黄兵 黄辉 王建明 牟宇 李平岐 于 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于变门限的推进剂利用系统调节方法,具体步骤如下：S1、贮箱内的连续液位传感器采集液位信息,并将液位信息传递给数字液位处理器；S2、数字液位处理器接收液位信息,并提取液位信息中传感器过节或过根时的死区特征信息；S3、推进剂剩余质量调节模块继续对剩余推进剂质量进行调节；S4、推进剂剩余质量调节模块根据当前液位高度实时计算推进剂剩余量的偏差B；S5、当B超出D,则推进剂剩余质量调节模块继续对剩余推进剂质量进行调节。本发明通过设置基于变门限的推进剂利用系统调节方法,减少推进剂利用调节次数,提高调节精度。(The invention relates to a propellant utilization system adjusting method based on a variable threshold, which comprises the following specific steps: s1, acquiring liquid level information by a continuous liquid level sensor in the storage tank, and transmitting the liquid level information to the digital liquid level processor; s2, receiving the liquid level information by the digital liquid level processor, and extracting dead zone characteristic information when the sensor passes a node or a root in the liquid level information; s3, the propellant residual mass adjusting module continues to adjust the mass of the residual propellant; s4, calculating the deviation B of the residual propellant quantity in real time by the propellant residual mass adjusting module according to the current liquid level height; and S5, when B exceeds D, the propellant residual mass adjusting module continues to adjust the residual propellant mass. The invention reduces the propellant utilization adjusting times and improves the adjusting precision by setting the propellant utilization system adjusting method based on the variable threshold.)
技术领域
本发明涉及一种基于变门限的推进剂利用系统调节方法，属于推进剂利用技术领域。
背景技术
运载火箭飞行过程中，由于过载、温度等变化引起发动机实际混合比与额定值存在差异，导致推进剂消耗过程中存在偏差，为了避免飞行偏差引起推进剂剩余，液体运载火箭通常设置推进剂利用系统，通过实时观测连续液位高度的变化，计算出剩余推进剂混合比偏差，对飞行中的推进剂混合比进行实时调节，减少不合理推进剂剩余量，从而提升运载能力。
低温连续液位传感器有多个分节单元组成，每个分节单元之间存在过节区间，会引起液位高度测量的误差。在液位经过过节区间时，由于液位高度测量误差的存在，造成剩余推进剂混合比偏差计算不准确，进而引起不必要的调节。
利用系统通过控制发动机上设置的流量调节阀门，实现混合比偏差控制。流量调节阀门动作会引起发动机涡轮泵等核心组件工作状态发生变化，频繁切换调节状态会引起发动机工况频繁变化，进而可能导致发动机故障。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于变门限的推进剂利用系统调节方法，实现舰载导弹的快速实战化发射，有效提高舰载武器的实战能力和作战效能。
本发明解决技术的方案是：
一种基于变门限的推进剂利用系统调节方法，具体步骤如下：
S1、贮箱内的连续液位传感器采集液位信息，并将液位信息传递给数字液位处理器；
S2、数字液位处理器接收液位信息，并提取液位信息中传感器过节或过根时的死区特征信息，将其标志为死区的状态特征字，数字液位处理器将死区的状态特征字发送给推进剂剩余质量调节模块；
S3、推进剂剩余质量调节模块实时根据数字液位处理器发送的液位高度数据信息和状态特征字，推进剂剩余质量调节模块收到死区的状态特征字，维持当前推进剂剩余质量调节状态不变，当死区的状态特征字恢复为非死区的状态特征字时，推进剂剩余质量调节模块继续对剩余推进剂质量进行调节；
S4、推进剂剩余质量调节模块根据当前液位高度实时计算推进剂剩余量的偏差B；
S5、设置推进剂剩余质量调节的目标值门限值D，当B超出D，则推进剂剩余质量调节模块继续对剩余推进剂质量进行调节。
进一步的，S1中，液位信息包括液位高度数据信息。
进一步的，S1中，液位信息以三角波电压的形式传递，当三角波电压1V<Us<4V时，输出有效状态字，可以将推进剂剩余质量调控的目标值的尖峰变化滤除。
进一步的，S4中，推进剂剩余量的偏差B＝My-kMr-G0，其中，My为氧化剂剩余质量，Mr为燃烧剂剩余质量，k为氧化剂与燃烧剂的混合比，G0为控制目标常数。
进一步的，My＝Vyρy，其中Vy为剩余氧化剂体积，ρy剩余氧化剂密度。
进一步的，Mr＝Vrρr，其中Vr为剩余燃烧剂体积，ρr剩余燃烧剂密度。
进一步的，S5中，门限值D由对称的喇叭形曲线表示，门限±D值等于当前时刻推进剂剩余质量调节模块的最大调节能力。
进一步的，在允许调节时间范围内，t时刻的B值等于门限值时，从t时刻开始调节，正好到发动机允许关机时刻可以将推进剂剩余量偏差调节完，若晚于t时刻开始调节，则不能完全消除推进剂剩余量偏差，对运载能力产生影响。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过设置传感器过节算法，减少推进剂利用系统误调节；
(2)本发明通过设置基于变门限的推进剂利用系统调节方法，减少推进剂利用调节次数，提高调节精度。
附图说明
图1为本发明基于变门限的推进剂利用调节逻辑控制框图；
图2为本发明固定门限调节，调节控制目标值与阀门调节状态；
图3为本发明变门限调节，调节控制目标值与阀门调节状态；
图4为本发明传感器过节区域与三角波电压关系图；
图5为本发明增加状态字前后的推进剂剩余质量调控的目标值(B值)比较。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明通过设置传感器过节算法，减少推进剂利用系统误调节；通过设置基于变门限的推进剂利用系统调节方法，减少推进剂利用调节次数，提高调节精度。
具体的，如图1所示，
(一)传感器过节段调节保持方法：
S1、贮箱内的连续液位传感器采集液位信息，包括液位高度数据信息，并将液位信息传递给数字液位处理器，液位信息以三角波电压的形式传递，当三角波电压1V<Us<4V时，输出有效状态字，可以将推进剂剩余质量调控的目标值的尖峰变化滤除；
S2、数字液位处理器接收液位信息，并提取液位信息中传感器过节或过根时的死区特征信息，将其标志为死区的状态特征字，数字液位处理器将死区的状态特征字发送给推进剂剩余质量调节模块；
S3、推进剂剩余质量调节模块实时根据数字液位处理器发送的液位高度数据信息和状态特征字，推进剂剩余质量调节模块收到死区的状态特征字，维持当前推进剂剩余质量调节状态不变，当死区的状态特征字恢复为非死区的状态特征字时，推进剂剩余质量调节模块继续对剩余推进剂质量进行调节；
本发明提出一种低温利用系统调节方法，即在连续液位传感器过节区间保持当前调节状态，不再根据液位高度计算出的混合比偏差进行调节，以防止连续液位传感器过节区间的测量误差引起误调节。
数字液位处理器可以敏感传感器过节或过根时的信息，通过三角波电压，如图4所示，在液位进入死区时输出一个状态特征字，利用系统收到过节特征状态字后，利用阀门维持不变，状态字恢复后继续调节。当三角波电压1V<Us<4V时，输出有效状态字。如图5所示，可以将推进剂剩余质量调控的目标值(B值)的尖峰变化滤除。
(二)变门限的推进剂利用调节方法：
S1、推进剂剩余质量调节模块根据当前液位高度实时计算推进剂剩余量的偏差B；
B＝My-kMr-G0，其中，B为推进剂剩余量偏差值，My为氧化剂剩余质量，Mr为燃烧剂剩余质量，k为氧化剂与燃烧剂的混合比，G0为控制目标常数；
My＝Vyρy，其中Vy为剩余氧化剂体积，ρy剩余氧化剂密度；
Mr＝Vrρr，其中Vr为剩余燃烧剂体积，ρr剩余燃烧剂密度；
S2、设置推进剂剩余质量调节的目标值门限值D，当B超出D，则推进剂剩余质量调节模块继续对剩余推进剂质量进行调节；门限值D由对称的喇叭形曲线表示，门限±D值等于当前时刻推进剂剩余质量调节模块的最大调节能力，即：在允许调节时间范围内，t时刻的B值等于门限值时，从t时刻开始调节，正好到发动机允许关机时刻可以将推进剂剩余量偏差(B值)调节完，若晚于t时刻开始调节，则不能完全消除推进剂剩余量偏差，可能影响运载能力。
实施例
在200s时刻，利用系统开始调节，若此时B值大于200Kg，按照原调节方案，将调节状态由额定转为高混合比；按照新的调节方案，虽然此时B值大于200Kg，只要B值小于此时利用系统的最大调节能力3000Kg，就不调节。达到推迟第一次调节发生的时间，同时减少调节次数的目的。
1RF1阀门为常开阀，1RF2阀门为常闭阀。B大于门限时，高混合比，阀门全开。B小于门限时，低混合比，阀门全闭。
根据发动机系统性能参数可得到相对于额定混合比，高/低混合比下推进剂剩余质量调控的目标值(B值)每秒钟变化量m，乘以利用系统全程调节时间t计算，得到调节门限值。
当推进剂剩余质量调控的目标值(B值)超出门限D值(-D值)门限时，阀门调节由额定状态调节至高工况(低工况)。当推进剂剩余质量调控的目标值(B值)由超出门限D值(-D值)门限变化为小于0(大于0)时，阀门调节由高工况(低工况)调节至额定工况。
在CZ-5Y3飞行试验中，该利用系统设计方案已得到实际飞行试验的考核，飞行全程阀门仅调节1次，明显降低了调节次数。图1是CZ-5Y2利用系统调节方案，图中曲线表示推进剂剩余质量调控的目标值和调节次数，按照Y2飞行试验的调节方法，阀门状态发生38次切换动作。图2是使用优化后的变门限调节方案，飞行全程阀门仅调节1次。
为了消除由于传感器过节、过根时液位高度失真引起的利用阀门调节，增加过节状态字，当状态字为“保持段”时，电磁阀状态保持在上一周期状态，即维持阀门调节状态不变，直到状态字恢复为“调节段”再继续进行调节，之前积累的逻辑状态不清零。
采取门限实时变化的调节方案，即从利用调节开始起，实时计算当前调节门限值，该门限值不是最终控制值，而是飞行时间剩余量(即距离当前时刻多长时间以后关机)乘以单位时间剩余推进剂偏差控制量得到的，即在剩余时间内，利用系统最多可以调节掉多少剩余推进剂偏差量。若超出该限值，应该立即启动调节；若不超出该限值，则可以先不调节，从而达到推迟第一次调节发生的时间，减少了调节次数的目的。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
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