[发明专利]一种基于三维坐标变换的前摆心喷管铰链耦合解耦算法

说明书

本发明属于适量耦合计算技术领域，具体涉及一种实现推力矢量控制用伺服系统的高精度与快速响应设计的基于三维坐标变换的前摆心喷管铰链耦合解耦算法；包括两台伺服伺服作动器均成90°配置，定义静坐标系O‑XYZ以喷管摆心为原点，固连于喷管摆心；X轴、Y轴分别为喷管2个单摆方向；动坐标系在初始状态下与静坐标系O‑X″Y″Z″一致，与喷管固连，随着喷管姿态的变化而变化，从喷管尾部看，静坐标系和动坐标系Z(Z″)轴垂直纸面向外；零位时，两个坐标系原点重合，坐标轴方向相平行；本发明包括以下步骤：步骤1.根据姿态角得到坐标系转换矩阵；步骤2.计算上述姿态角状态下作动器的位置；步骤3.得到作动器活塞杆的伸缩量。

技术领域

本发明属于适量耦合计算技术领域，具体涉及一种基于三维坐标变换的前摆心喷管铰链耦合解耦算法。

背景技术

推力矢量控制技术是通过改变火箭发动机或其他动力装置产生的燃气流方向来控制箭体的飞行方向和姿态角。固体火箭发动机推力矢量控制对伺服系统的控制精度、响应速度以及可靠性都有极高的要求，同时火箭控制系统对产品自身的重量、体积都有严格的要求。因此，在体积与重量等约束条件严格的条件下，实现伺服系统的精确控制和快速响应控制是一个关键的技术问题。

全轴摆动喷管实现摆动的驱动装置是2路互成90°夹角作动器的伺服机构，通常当一个方向伺服作动器运动时，另一个方向作动器由于存在机械限制，使喷管除了主要向摆动作动器伸缩方向运动之外，也将在另一个作动器方向产生移动，这就是铰链耦合效应。伺服机构的控制方案分为理想状态和非理想状态，理想状态是2路作动器不发生牵连，每路作动器伸缩时正负摆角对称，否则为非理想状态，对于导弹常采用的后摆心结构形式的喷管，作动器的牵连作用影响作用比较小，一般情况下可忽略。而对于前摆心深潜入式的喷管，由于喷管尺寸、结构等方面的限制，在推力向量控制过程中不能忽略2个方向的上相互牵连，为提高控制精度，需要考虑牵连效应对喷管摆动的影响，把非设计状态控制在一定范围内。

本发明提出一种推力矢量铰链耦合解耦控制用方法，对俯仰和偏航2个方向上作动器控制指令进行解耦计算。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种实现推力矢量控制用伺服系统的高精度与快速响应设计的基于三维坐标变换的前摆心喷管铰链耦合解耦算法。

本发明的技术方案是：

一种基于三维坐标变换的前摆心喷管铰链耦合解耦算法，包括两台伺服伺服作动器均成90°配置，定义静坐标系O-XYZ以喷管摆心为原点，固连于喷管摆心；X轴、Y轴分别为喷管2个单摆方向；动坐标系在初始状态下与静坐标系O-X″Y″Z″一致，与喷管固连，随着喷管姿态的变化而变化，从喷管尾部看，静坐标系和动坐标系Z(Z″)轴垂直纸面向外；零位时，两个坐标系原点重合，坐标轴方向相平行；

本发明包括以下步骤：

步骤1.根据姿态角得到坐标系转换矩阵；

步骤2.计算上述姿态角状态下作动器的位置；

步骤3.得到作动器活塞杆的伸缩量。

所述步骤一中

若姿态角为α，β为喷管在2个方向上的单摆角度,坐标系转换矩阵为：

所述步骤二中作喷管摆动时，作动器下支点会随着喷管运动，作动器上支点始终保持不动；作动器1、2的上支点坐标分别为(c₁,c₂,c₃)、(d₁,d₂,d₃)