一种基于气压预测的分时点火控制方法及系统

技术领域

本发明涉及火工能源动力技术领域，具体涉及一种基于气压预测的分时点火控制方法及系统。

背景技术

在火工能源动力装置中，通常由推进剂或火药燃烧产生高温高压气体来实现动力输出。一系列脉冲产气单元与储气装置连通，先将推进剂或火药燃烧产生的气体存储于储气装置中，再由储气装置向外排气产生动力，依靠储气装置压力变化的缓冲效应实现能量的储存和匹配。为保证储气装置内的气量始终充足，需要合适的控制算法对脉冲产气单元进行点火控制，保证气量不足时能够及时补充。常规的控制系统如图1所示，通过压力传感器测试储气装置压力，并与设定压力阈值对比，当反馈压力低于设定压力时，控制脉冲产气单元点火，向储气装置补气。

上述控制系统存在如下问题：

1、压力传感器的检定问题

压力传感器通常需要定期检定(检定期一般为一年)，通常火工能源动力装置安装在封闭的舱段内部，检定时需要将舱段分解脱壳；此外，压力传感器的拆卸还涉及到安装接口的高温高压密封问题，拆装后必须重新进行气密性测试，操作极为不便。

2、压力传感器的准确性问题

当压力传感器出现故障或由于干扰产生的局部扰动，可能会导致误点火或不点火，从而造成储气装置压力过高或气量不足，使火工能源动力装置失效；压力传感器的使用降低了系统的整体可靠性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于气压预测的分时点火控制方法及系统。

本发明公开了一种基于气压预测的分时点火控制方法，包括：

气量预测：

根据脉冲产气单元的产气特性预测产气量M

根据排气装置的累计排气时间t

根据产气量M

温度预测：

根据充气质量流量dM

根据排气质量流量dM

根据对流换热理论，计算气体与外部环境的换热量Q；

根据充入气体带入焓H

容积预测：

根据产气量M

根据动态扩充容积dV和储气装置固定容积V

气压预测：

根据预测气量M

点火判定：

当预测气压P

作为本发明的进一步改进，在所述气量预测中，M

作为本发明的进一步改进，在所述气量预测中，H

式中，T

作为本发明的进一步改进，所述储存气体预测温度T

作为本发明的进一步改进，在所述容积预测中，dV＝M

作为本发明的进一步改进，在所述气压预测中，P

式中，R

作为本发明的进一步改进，在所述点火判定中，若P

式中，t为当前时间，t

作为本发明的进一步改进，所述压力阈值P

本发明还公开了一种基于气压预测的分时点火控制系统，用于实现上述的分时点火控制方法，包括：多个脉冲产气单元、储气装置、点火控制器和排气控制器，所有所述脉冲产气单元与所述储气装置相连通，所述储气装置的排气口上设有排气装置；

所述排气控制器与所述排气装置相连，用于控制所述排气装置的排气；所述点火控制器与所述排气控制器相连，获取排气装置的累计排气时间t

其中，所述点火控制器包括：

气量预测模块，用于实现所述气量预测；

温度预测模块，用于实现所述温度预测；

容积预测模块，用于实现所述容积预测；

气压预测模块，用于实现所述气压预测；

点火判定模块，用于实现所述点火判定。

作为本发明的进一步改进，所述点火控制器，还包括：

温度反馈修正回路，所述温度反馈修正回路自所述温度预测模块的输出端连接所述气量预测模块和温度预测模块的输入端，用于储存气体预测温度T

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明无需压力传感器，使用预测气压代替传统基于压力传感器的测量气压实现闭环控制，通过软件算法实现硬件功能，提高了系统可靠性、可维护性和经济性；避免了压力传感器故障或信号干扰导致的系统失效、避免了压力传感器装机后需要定期拆卸检测的难题，特别适合于高可靠性和高维护性的应用场合；

2、本发明利用气体动力学、热力学、传热学理论，建立了系统压力、温度、气量、容积等状态变量的内在耦合规律，具有预测精度高、适应性强、鲁棒性好的特点；

3、本发明的计算方法为在线迭代递推形式，每一步的计算值仅依赖上一步计算值和当前输入值，单步计算仅有加减乘除运算符，计算量小，适合在嵌入式硬件中实现在线高速实时控制。

附图说明

图1为现有分时点火控制系统的控制原理图；

图2为本发明一种实施例公开的基于气压预测的分时点火控制系统的结构示意图；

图3为图2中点火控制器的框架图；

图4为本发明一种实施例公开的基于气压预测的分时点火控制方法的流程图。

图中：

1、脉冲产气单元；2、储气装置；3、排气装置；4、点火控制器；5、排气控制器；6、气量预测模块；7、温度预测模块；8、容积预测模块；9、气压预测模块；10、点火判定模块；11、温度反馈修正回路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图4所示，本发明提供一种基于气压预测的分时点火控制方法，用于火工能源动力装置的分时点火控制；其中，如图2所示，火工能源动力装置包括多个脉冲产气单元1和储气装置2，所有脉冲产气单元1与储气装置2相连通，储气装置2的排气口上设有排气装置3；本发明的分时点火控制方法包括：

S1、气量预测：

S11、根据脉冲产气单元的产气特性预测产气量M

S12、根据排气装置的累计排气时间t

S13、根据产气量M

S2、温度预测：

S21、根据充气质量流量dM

S22、根据排气质量流量dM

S23、根据对流换热理论，计算气体与外部环境的换热量Q；

S24、根据充入气体带入焓H

进一步，储存气体预测温度T

S3、容积预测：

S31、根据产气量M

S32、根据动态扩充容积dV和储气装置固定容积V

S4、气压预测：

根据预测气量M

S5、点火判定：

当预测气压P

具体为：若P

本发明的压力阈值P

本发明的时间阈值t

进一步，ρ、R

本发明的上述控制算法为在线迭代递推形式，单步计算量小，适合在嵌入式硬件中实现在线高速实时控制。

如图2所示，本发明的一种基于气压预测的分时点火控制系统由6套脉冲产气单元1、1套储气装置2、1套排气装置3、1套点火控制器4和1套排气控制器5组成。6套脉冲产气单元1同时与储气装置2连通，脉冲产气单元1点火燃烧后产生的气体能够全部充入到储气装置2中。储气装置2的出口安装排气装置3，排气装置3通过排气控制器5进行控制，排气控制器5与点火控制器4之间通过CAN通信传递累计排气时间t

如图3所示，本发明的点火控制器4包括：

气量预测模块6，用于实现上述S1；

温度预测模块7，用于实现上述S2；

容积预测模块8，用于实现上述S3；

气压预测模块9，用于实现上述S4；

点火判定模块10，用于实现上述S5。

温度反馈修正回路11，温度反馈修正回路11自温度预测模块7的输出端连接气量预测模块6和温度预测模块7的输入端，用于储存气体预测温度T

本发明的优点为：

1、本发明无需压力传感器，使用预测气压代替传统基于压力传感器的测量气压实现闭环控制，通过软件算法实现硬件功能，提高了系统可靠性、可维护性和经济性；避免了压力传感器故障或信号干扰导致的系统失效、避免了压力传感器装机后需要定期拆卸检测的难题，特别适合于高可靠性和高维护性的应用场合；

2、本发明利用气体动力学、热力学、传热学理论，建立了系统压力、温度、气量、容积等状态变量的内在耦合规律，具有预测精度高、适应性强、鲁棒性好的特点；

3、本发明的计算方法为在线迭代递推形式，每一步的计算值仅依赖上一步计算值和当前输入值，单步计算仅有加减乘除运算符，计算量小，适合在嵌入式硬件中实现在线高速实时控制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。