[发明专利]一种运载火箭加泄连接器自动对接控制方法

说明书

一种运载火箭加泄连接器自动对接控制方法，不受六自由度运动机构的具体机械结构形式的限制。首先将加泄连接器与运载火箭箭体推进剂接口的自动对接过程分为三个阶段——接近运动阶段、粗对接阶段及精对接阶段，然后将连接器轴向运动与其余运动分离，在对接的不同阶段分别使运载火箭加泄连接器和运载火箭推进剂加注口的在不同自由度上进入稳定服跟踪阶段，实现运载火箭加泄连接器与运载火箭推进剂加注口的快速对接的同时，避免由于跟踪过程中的超调过大导致运载火箭加泄连接器与运载火箭推进剂加注口相撞的风险，并在精对接阶段引入顺馈控制解决六自由度运动耦合现象。

技术领域

本发明涉及一种运载火箭加泄连接器自动对接控制方法，属于运载火箭地面设备加注技术领域。

背景技术

运载火箭或导弹与地面设备之间的气、液接口设备一般称为连接器。在发射之前，运载火箭一直通过箭上的接口与连接器连接在一起，完成运载火箭的各项测试。

目前我国运载火箭的连接器与箭上的接口对接全部依靠人工完成，尤其是推进剂加注和泄出连接器(简称“加泄连接器”)，由操作人员采取手动直接操作方式进行加泄连接器与箭体接口之间的连接，而运载火箭的液态推进剂具有易燃、易爆、易挥发及强腐蚀性的显著特性，少量吸入或接触即可能导致人员中毒，出现伤亡事故。

随着我国新一代重型运载火箭发展，加泄连接器的质量也在不断增大，正在逐步超出人力的能力范围；而由于技术的发展，对发射过程提出了快速、安全、可靠等要求，人工对接的方式已经不能满足相应要求。

现在的加泄连接器由操作人员手动对接的方式，由于推进剂本身的低温、有毒等特点，导致人员在现场操作存在巨大的安全隐患；同时，手动操作方式耗时较长，且不同操作人员间的操作时间不一致，不能满足快速对接要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种工程上可实现的、快速的运载火箭加泄连接器控制流程方法。首先，提出的自动对接控制方法实现加泄连接器自动对接可解决人员手动操作带来的安全风险；其次，自动对接过程快速，避免不同的操作人员手动操作带来的对接过程时间不一致问题，有助于运载火箭加注发射流程的优化。

本发明的技术解决方案是：一种运载火箭加泄连接器自动对接控制方法，步骤如下：

(1)根据火箭在地面与加泄连接器自动对接过程中的晃动和局部变形的最大包络范围，控制六自由度运动机构沿着轴向运动至最大包络范围的边缘，完成接近运动阶段；

(2)根据火箭在地面与加泄连接器自动对接过程中的晃动和局部变形的最大包络范围，确定加泄连接器与运载火箭推进剂加注口不发生碰撞的最小距离，除加泄连接器沿至运载火箭推进剂加注口的方向运动的运动自由度以外，调整其余五个自由度后，使加泄连接器与运载火箭推进剂加注口在其余五个自由度的位置和姿态一致，完成粗对接阶段；

(3)保持其余五个自由度的位置和姿态的实时调整，使加泄连接器与运载火箭推进剂加注口在其余五个自由度的位置和姿态始终实时保持一致，驱动加泄连接器沿加泄连接器与运载火箭推进剂加注口的直线连接线，向运载火箭推进剂加注口运动，直至加泄连接器沿加泄连接器与运载火箭推进剂加注口接触上后完成对接。

所述步骤(5)中的六自由度伺服运动满足误差要求的伺服控制中需要加入顺馈控制，满足步骤(1)所述六自由度的机械结构的耦合问题，即当一个自由度运动时，其余自由度也为发生轻微运动的问题。

所述的加泄连接器指运载火箭与推进剂加注设备之间的连接装置，加泄连接器包括加注管路和外围设备，呈圆柱体形状，加泄连接器自动对接过程为将加泄连接器安装于一个具备空间六自由度运动能力的机构上，通过控制流程及控制算法驱动此机械结构完成加泄连接器与运载火箭箭体的连接；

所述最大包络范围是指：火箭的尾端面固定在发射平台上，由于自身的结构强度和风载的影响，会出现晃动和局部变形的情况，运载火箭推进剂加注口晃动的最大范围即为最大包络范围。