[发明专利]一种基于位移流量双闭环的多模式流量调节系统及方法

说明书

一种基于位移流量双闭环的多模式流量调节系统及方法，包括基于位移传感器的位移内环控制回路，以及基于流量传感器的流量外环控制回路；内外控制环路均可通过模式选择器控制工作在开环和闭环状态，形成四种工作模式。本发明在流量反馈环路的基础上引入位移反馈环路，对压电阀的开启位移进行控制，进而提高压电比例阀在实际流量调节的收敛速度；同时利用多种工作模式，解决比例压电流量调节系统的可靠性和容错能力，解决单个传感器故障时流量调节系统工作可靠性问题。

技术领域

本发明涉及流量控制领域，具体地，涉及一种基于位移流量双闭环的多模式流量调节系统及方法。

背景技术

超高精度低噪声卫星为了抵消如太阳光压等μN甚至亚μN级别的空间干扰力，实现无拖曳控制，要求推进系统具有高推力稳定性、低推力噪声和高控制精度的特点。冷气变推力技术成为超高精度低噪声卫星推进系统最受欢迎的技术之一，其核心是高精度、快响应流量控制。传统的冷气变推力系统主要包含比例推力器、流量传感器两个部分，冷气变推力系统根据流量传感器反馈来调节带比例阀喉部面积，控制气体流量，从而实现推力的连续调节。

然而冷气变推力系统为了实现流量的精确控制，传统的方法通常采用基于流量传感器的单回路控制方式，由于压电阀本身的迟滞和蠕变特性，传统方法调节速度慢，单反馈回路的可靠性也不高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对压电比例阀的迟滞和蠕变特性，提出一种基于位移流量双闭环的多模式流量调节系统及方法，在流量反馈环路的基础上引入位移反馈环路，对压电阀的开启位移进行控制，进而提高压电比例阀在实际流量调节的收敛速度；同时利用多种工作模式，解决比例压电流量调节系统的可靠性和容错能力，解决单个传感器故障时流量调节系统工作可靠性问题。

本发明的技术方案是：一种基于位移流量双闭环的多模式流量调节系统，包括：

基于流量传感器的流量外环控制回路、基于位移传感器的位移内环控制回路和压电比例阀P；

基于流量传感器的流量外环控制回路通过内部的模式选择器选择流量开环或闭环，通过内部控制器实现流量闭环控制，最后通过内部模型完成流量控制量到位移设定量的转换；

基于位移传感器的位移内环控制回路通过内部的模式选择器选择位移开环或闭环，通过内部控制器实现位移闭环控制，最后通过内部模型完成位移控制量到压电比例阀P驱动量的转换，从而控制流量输出。

基于流量传感器的流量外环控制回路，包括模式选择器K1、模式选择器K2，控制器A1、模型M1、模型M2、负反馈减法器F1，以及流量传感器S1；所述模型M1和M2为流量-位移模型；所述模式选择器K1、K2均包括公共端1和切换端2、3；其中，模式选择器K1和K2用于选择流量开环或闭环，控制器A1实现流量闭环控制，模型M1和M2则用于实现流量控制量到位移设定量的转换，流量传感器S1用于反馈压电比例阀P的输出流量；

外部的流量设定端连接至模式选择器K1的1号端，模式选择器K1的2号端与模型M1输入端相连，模式选择器K1的3号端连接至负反馈减法器F1的正输入端，负反馈减法器F1的负输入端与流量传感器S1输出端相连，负反馈减法器F1的输出端连接至控制器A1的输入端，控制器A1的输出连接至模式选择器K2的3号端，模式选择器K2的2号端与模型M1输入端相连，模式选择器K2的1号端连接至模型M2的输入端；模型M2的输出端作为基于流量传感器的流量外环控制回路的输出连接至基于位移传感器的位移内环控制回路；

流量外环控制回路在闭环模式下时，模式选择器K1的1号端与2号端相连，模式选择器K2的1号端与2号端相连，此时，流量设定值与流量传感器S1通过负反馈减法器F1作差后得到误差1，即控制器A1的输入，控制器A1的输出通过模型M2线性映射到位移设定值，输出到位移内环控制回路；