某型变推力火箭发动机控制系统设计

论文摘要

本文讨论了某型变推力液体火箭发动机数字控制系统的设计和实现。 首先结合变推力发动机的特点设计了数字控制器的硬件电路。采用MCU+PSD结构,有效简化了控制器的硬件设计、缩小了体积、提高了可靠性;并设计了高低压快速切换驱动电路,减小了电磁阀的死区,使系统的控制精度提高;其次,将实时操作系统uC/OS-II移植到80C196KC单片机上,控制软件建立在此系统的基础上,使得软件结构清晰,而且便于软件的进一步开发与维护。然后利用系统实际冷试和热试试验数据,建立系统的数学模型。对系统中的线性环节,应用机理分析和系统辨识方法建模;对非线性环节,应用等效面积方法把本质非线性的PWM过程线性化,从而给出不同工况下系统的线性模型。将系统模型适当简化后,在离散域内讨论了系统的动态和稳态性能。最后应用matlab中的rtwin工具快速实现了系统的半物理仿真,并针对被控对象参数随工况变化的特点提出了自适应调参控制算法,并在半物理仿真中得到了验证。 该控制器已通过了水试验和燃料试验,所设计的硬件电路性能安全可靠,软件运行稳定。仿真结果表明,所建立的系统模型能较准确地反映实际系统的输入输出特性,所设计的自适应调参控制律能够满足系统提出的各项性能指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 系统介绍
• 1.3 作者工作及本文结构安排
• 1.3.1 作者的工作
• 1.3.1.1 硬件部分
• 1.3.1.2 软件部分
• 1.3.1.3 系统模型建立和控制律设计
• 1.3.2 论文结构安排
• 第二章 硬件电路设计
• 2.1 控制器硬件设计概述
• 2.2 数字控制器的功能与外围硬件配置
• 2.2.1 MCU的选用
• 2.2.2 PSD813F2的应用
• 2.2.3 时钟发生器
• 2.2.4 上电复位
• 2.2.5 A／D转换与同步信号输出
• 2.2.6 串口通讯
• 2.3 加速驱动电路
• 2.3.1 高低压转换电路
• 2.3.2 控制输出接口电路
• 2.4 确保系统稳定的措施
• 第三章 软件设计
• 3.1 嵌入式实时操作系统
• 3.1.1 嵌入式操作系统uC／OS-Ⅱ
• 3.1.2 uC／OS-Ⅱ移植
• cpu.h与os_cpu_c.c文件的改写'>3.1.2.1 os_cpu.h与os_cpu_c.c文件的改写
• 3.1.2.2 系统中uC／OS-Ⅱ应用流程图
• 3.1.3 控制器任务实现
• 3.1.3.1 系统时钟
• 3.1.3.2 单片机串口通讯
• 3.1.3.3 数据采集
• 3.1.3.4 任务调度
• 3.1.3.5 ROM、RAM的选择
• 3.2 上位机通信
• 第四章 系统建模
• 4.1 系统分析
• 4.2 系统模型
• 4.2.1 作动系统模型
• 4.2.2 发动机系统模型
• 4.2.3 控制器模型
• 4.2.3.1 引言
• 4.2.3.2 等效面积原理
• 4.2.3.3 控制器模型的线性化和离散化
• 4.2.4 系统模型总结
• 第五章 系统性能分析及控制律设计
• 5.1 引言
• 5.2 模型描述
• 5.3 动态响应分析
• 5.3.1 采样周期T的影响
• 5.3.2 电磁阀增益的影响
• 5.4 稳定性分析
• 5.4.1 系统的稳定条件
• 5.4.2 电磁阀死区的影响
• 5.5 稳态精度分析
• 5.6 控制方法及控制律设计
• 5.6.1 引言
• 5.6.2 自适应控制概念
• 5.6.3 控制算法实现
• 5.6.4 控制算法的讨论
• 第六章 半物理仿真系统
• 6.1 rtwin功能及使用
• 6.1.1 rtwin的安装
• 6.1.2 rtwin的外围配置
• 6.1.3 数据采集卡
• 6.2 半物理仿真系统原理及实现
• 6.2.1 系统实时性
• 6.2.2 simulink仿真框图
• 6.3 试验效果分析及结论
• 总结
• 作者在硕士期间发表的论文
• 致谢
• 参考文献
• 西北工业大学学位论文知识产权声明书
• 西北工业大学学位论文原创性声明书