[发明专利]一种大推力液体火箭故障重构控制方法

权利要求书

1.一种大推力液体火箭故障重构控制方法，其特征在于：

将火箭可能发生的发动机故障由发动机组到单台发动机的逻辑进行分类；所述火箭发动机组包括发动机组1、发动机组2、发动机组3、发动机组4、发动机组5、发动机组6、发动机组7、发动机组8，其中发动机组2、发动机组4为俯仰通道芯级发动机组，发动机组1、发动机组3为偏航通道芯级发动机组，发动机组6、发动机组8为俯仰通道助推发动机组，发动机组5、发动机组7为偏航通道助推发动机组，发动机组1、发动机组2、发动机组3、发动机组4都包括一台芯级发动机，分别记为1#、2#、3#、4#；发动机组5、发动机组6、发动机组7、发动机组8都包括两台发动机，发动机组5的发动机分别记为5#、9#，发动机组6的发动机分别记为6#、10#，发动机组7的发动机分别记为7#、11#，发动机组8的两台发动机分别记为8#、12#，获取1#～12#正常工作时的摆角偏量，并分别记为δ_xji(i＝1,2,3,4)和δ_zti(i＝5,6,7,8,9,10,11,12)，1#～12#发生故障时的摆角偏量分别记为δ′_xji,i＝1,2,3,4和δ′_zti,i＝5,6,7,8,9,10,11,12，发动机组1、发动机组2、发动机组3、发动机组4、发动机组5、发动机组6、发动机组7、发动机组8的摆角偏量分别记为δ_xj1、δ_xj2、δ_xj3、δ_xj4、δ_zt5(9)、δ_zt6(10)、δ_zt7(11)、δ_zt8(12)，发动机组1、发动机组2、发动机组3、发动机组4、发动机组5、发动机组6、发动机组7、发动机组8的发生故障时摆角偏量分别记为δ′_xj1、δ′_xj2、δ′_xj3、δ′_xj4、δ′_zt5(9)、δ′_zt6(10)、δ′_zt7(11)、δ′_zt8(12)；

a.当俯仰通道发动机中单组发动机故障时，

如果发动机组2故障时，故障重构控制律为

δ‾xj4=δxj4+n-m2mn+m+nΔδxj2δ‾zt6(10)=δzt6(10)-m+n+22m+m+nΔδxj2δ‾zt8(12)=δzt8(12)+n-m2mn+m+nΔδxj2]]>

如果发动机组4发生故障时，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2+n-m2mn+m+nΔδxj4δ‾zt6(10)=δzt6(10)+n-m2mn+m+nΔδxj4δ‾zt8(12)=δzt8(12)-m+n+22mn+m+nΔδxj4]]>

如果发动机组6故障时，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2-2mn+m+nm+n+2Δδzt6(10)δ‾xj4=δxj4+m-nm+n+2Δδzt6(10)δ‾zt8(12)=δzt8(12)+m-nm+n+2Δδzt6(10)]]>

如果发动机组8故障时，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2+m-nm+n+2Δδzt8(12)δ‾xj4=δxj4-2mn+m+nm+n+2Δδzt8(12)δ‾zt6(10)=δzt6(10)+m-nm+n+2Δδzt8(12)]]>

b.当俯仰通道发动机组中两组发动机故障时，

如果发动机组2、发动机组4发生故障，故障重构控制律为

δ‾zt6(10)=δzt6(10)+12mn[-(m+n)Δδxj2+(n-m)Δδxj4]δ‾zt8(12)=δzt8(12)+12mn[(n-m)Δδxj2-(m+n)Δδxj4]]]>

如果发动机组2、发动机组6发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj4=δxj4+1m-n[-(m+n)Δδxj2-2mnΔδzt6(10)]δ‾zt8(12)=δzt8(12)+1m-n[2Δδxj2+(m+n)Δδzt6(10)]]]>

如果发动机组2、发动机组8发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj4=δxj4+1m+n[-(m-n)Δδxj2-2mnΔδzt8(12)]δ‾zt6(10)=δzt6(10)+1m+n[-2Δδxj2+(m-n)Δδzt8(12)]]]>

如果发动机组4、发动机组6发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2+1m+n[(n-m)Δδxj4-2mnΔδzt6(10)]δ‾zt8(12)=δzt8(12)+1m+n[-2Δδxj4+(m-n)Δδzt6(10)]]]>

如果发动机组4、发动机组8发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2+1m-n[-(m+n)Δδxj4-2mnΔδzt8(12)]δ‾zt6(10)=δzt6(10)+1n-m[2Δδxj4-(m+n)Δδzt8(12)]]]>

如果发动机组6、发动机组8发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2+12[(m+n)Δδzt6+(n-m)Δδzt8]δ‾xj4=δxj4+12[(n-m)Δδzt6+(m+n)Δδzt8]]]>

c.当俯仰通道发动机中一台发动机故障时，

如果4#发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2+n-m2mn+m+nΔδxj4δ‾zt6=δzt6+n-m2mn+m+nΔδxj4δ‾zt8=δzt8-m+n+22mn+m+nΔδxj4δ‾zt10=δ‾zt10+n-m2mn+m+nΔδxj4δ‾zt12=δzt12-m+n+22m+m+nΔδxj4]]>

如果6#发生故障，故障重构控制律为

δ‾10=2δ6-Δδ6δ‾xj1=δxj1+-η62(1+n)δ‾zt5=δzt5+-η62(1+n)δ‾zt9=δzt9+-η62(1+n)δ‾xj3=δxj3+η62(1+n)δ‾zt7=δzt7+η62(1+n)δ‾zt11=δzt11+η62(1+n)]]>

如果8#发生故障，故障重构控制律为

δ‾12=2δ8-Δδ8δ‾xj1=δxj1+η82(1+n)δ‾zt5=δzt5+η82(1+n)δ‾zt9=δzt9+η82(1+n)δ‾xj3=δxj3+-η82(1+n)δ‾zt7=δzt7+-η82(1+n)δ‾zt11=δzt11+-η82(1+n)]]>

如果10#发生故障，故障重构控制律为

δ‾6=2δ10-Δδ10δ‾xj1=δxj1+η102(1+n)δ‾zt5=δzt5+η102(1+n)δ‾zt9=δzt9+η102(1+n)δ‾xj3=δxj3+-η102(1+n)δ‾zt7=δzt7+-η102(1+n)δ‾zt11=δzt11+-η102(1+n)]]>

如果12#发生故障，故障重构控制律为

δ‾8=2δ12-Δδ12δ‾xj1=δxj1+-η122(1+n)δ‾zt5=δzt5+-η122(1+n)δ‾zt9=δzt9+-η122(1+n)δ‾xj3=δxj3+η122(1+n)δ‾zt7=δzt7+η122(1+n)δ‾zt11=δzt11+η122(1+n)]]>

d.当俯仰通道发动机中两台发动机故障时，

如果2#、4#发生故障，故障重构控制律为

δ‾zt6=δzt6+12mn[-(m+n)Δδxj2+(n-m)Δδxj4]δ‾zt8=δzt8+12mn[(n-m)Δδxj2-(m+n)Δδxj4]δ‾zt10=δzt10+12mn[-(m+n)Δδxj2+(n-m)Δδxj4]δ‾zt12=δzt12+12mn[(n-m)Δδxj2-(m+n)Δδxj4]]]>

如果2#、6#发生故障，故障重构控制律为

如果2#、8#发生故障，故障重构控制律为

如果2#、10#发生故障，故障重构控制律为

如果2#、12#发生故障，故障重构控制律为

如果4#、6#发生故障，故障重构控制律为

如果4#、8#发生故障，故障重构控制律为

如果4#、10#发生故障，故障重构控制律为

如果4#、12#发生故障，故障重构控制律为

如果6#、10#发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2-2mn+m+nm+n+2Δδzt6(10)δ‾xj4=δxj4+m-nm+n+2Δδzt6(10)δ‾zt8(12)=δzt8(12)+m-nm+n+2Δδzt6(10)]]>

如果8#、12#发生故障，故障重构控制律为

δ‾xj2=δxj2+m-nm+n+2Δδzt8(12)δ‾xj4=δxj4-2mn+m+nm+n+2Δδzt8(12)δ‾zt6(10)=δzt6(10)+m-nm+n+2Δδzt8(12)]]>

如果6#、8#发生故障，故障重构控制律为

δ‾zt10=2δzt6-Δδzt6δ‾zt12=2δzt8-Δδzt8δ‾xj1=δxj1+-(η6-η8)2(1+n)δ‾zt5=δzt5+-(η6-η8)2(1+n)δ‾zt9=δ‾zt9+-(η6-η8)2(1+n)δ‾xj3=δ‾xj3+(η6-η8)2(1+n)δ‾zt7=δ‾zt7+(η6-η8)2(1+n)δ‾zt11=δzt11+(η6-η8)2(1+n)]]>

如果6#、12#发生故障，故障重构控制律为

δ‾zt10=2δzt6-Δδzt6δ‾zt8=2δzt12-Δδzt12δ‾xj1=δxj1+-(η6+η12)2(1+n)δ‾zt5=δzt5+-(η6+η12)2(1+n)δ‾zt9=δ‾zt9+-(η6+η12)2(1+n)δ‾xj3=δ‾xj3+(η6+η12)2(1+n)δ‾zt7=δ‾zt7+(η6+η12)2(1+n)δ‾zt11=δzt11+(η6+η12)2(1+n)]]>

如果8#、10#发生故障，故障重构控制律为

δ‾zt6=2δzt10-Δδzt10δ‾zt12=2δzt8-Δδzt8δ‾xj1=δxj1+(η8+η10)2(1+n)δ‾zt5=δzt5+(η8+η10)2(1+n)δ‾zt9=δ‾zt9+(η8+η10)2(1+n)δ‾xj3=δ‾xj3+-(η8+η10)2(1+n)δ‾zt7=δ‾zt7+-(η8+η10)2(1+n)δ‾zt11=δzt11+-(η8+η10)2(1+n)]]>

如果10#、12#发生故障，故障重构控制律为

δ‾zt6=2δzt10-Δδzt10δ‾zt8=2δzt12-Δδzt12δ‾xj1=δxj1+(η10+η12)2(1+n)δ‾zt5=δzt5+(η10+η12)2(1+n)δ‾zt9=δ‾zt9+(η10+η12)2(1+n)δ‾xj3=δ‾xj3+-(η10+η12)2(1+n)δ‾zt7=δ‾zt7+-(η10+η12)2(1+n)δ‾zt11=δzt11+-(η10+η12)2(1+n)]]>

其中，δ′_(*)为发动机组或发动机发生故障时的摆角偏量，δ_(*)为发动机组或发动机正常工作时的摆角偏量，为未发生故障的发动机组或发动机故障重构时的故障重构控制率，对于发生故障的发动机组或者发动机Δδ_(*)＝δ′_(*)-δ_(*)，对于未发生故障的发动机组或发动机表示俯仰通道芯级控制力系数，表示俯仰通道助推器控制力系数，表示俯仰通道助推器与芯级控制力系数比值，d_3zt＝4pr_zt/J_x表示滚转通道助推器控制力系数，d_3xj＝2pr_xj/J_x表示滚转通道芯级控制力系数，n＝d_3ztd_3xj表示滚转通道助推器与芯级控制力系数比值，J_x为箭体绕箭体坐标系x轴的转动惯量，J_z为箭体绕箭体坐标系z轴的转动惯量，p为单台发动机推力，r_xj为芯级发动机轴线到箭体轴线的距离，r_zt为助推发动机组轴线到箭体轴线的距离，x_R为发动机推力作用点到箭体的顶点的距离，x_z为箭体质心到箭体的顶点的距离，r_i为i#推力轴线到箭体轴线的距离，为与i#在同一组的发动机推力轴线到箭体轴线的距离，η_i,i＝5、6、7、8、9、10、11、12为i#发生故障时，给滚转通道带来的干扰力矩，具体是所述箭体坐标系的坐标原点为箭体质心，箭体坐标系x轴沿箭体纵轴，指向头部为正，箭体坐标系y轴在箭体纵向对称面内，垂直于纵轴向上为正，箭体坐标系z轴按右手规则确定；

得到故障重构率之后，使用故障重构率中的对应分别控制发动机组1、发动机组2、发动机组3、发动机组4中发动机的摆角偏量，使用故障重构率中的对应分别控制发动机组5、发动机组6、发动机组7、发动机组8中发动机的摆角偏量，使用故障重构率中的i＝5,6,7,8,9,10,11,12分别控制5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#的摆角偏量。