基于无线传输的火箭发动机远程测控技术研究

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传统的火箭发动机试车需要铺设大量电缆,且测点的变动会引起设备的标定、线缆的重新布线等问题。随着无线通信技术的高速发展,无线通信已经逐渐运用到工业生产中,因此基于无线传输的火箭发动机远程测控系统表现出巨大优势。在火箭发动机试车无线测控系统中,数据传输时延会带来两个问题,一方面会对推进剂供应伺服系统产生影响破坏系统稳定性进而造成试车任务失败;另一方面,在火箭发动机测试过程中需要采集大量信号且采集速度高,一旦发生时延,就会产生数据的积累,造成数据缓冲区满进而造成数据丢失。本文针对这两个问题分别进行了研究分析,并提出了相应的解决方法。发动机推进剂供应系统为二阶系统采用传统的PID控制,对时延敏感,为了提高在随机时延下系统的稳定性,对推进剂供应系统进行数学建模,将内模控制与PID控制结合,通过公式推导给出了单自由度和二自由度内模PID控制器的计算公式并引入粒子群算法来寻找两种内模控制器的最优参数。为了减小数据传输时延对大数据量采集的影响,通过对传感器历史数据的分析,采用LZW字典压缩算法对采集到的数据进行压缩,从而降低传输数据量。为了进一步优化压缩速度与压缩比,对传统LZW算法的一些问题进行了优化,并进行了软硬件的相关设计。为了验证内模PID控制算法对于时滞系统的控制是可行的、有效的,搭建了无线测控系统平台,测量出整个伺服系统的总时延分布。依据分布分别对固定时延和随机时延两种环境进行仿真。通过对比使用与不使用PSO算法优化参数的内模PID控制器、单自由度与二自由度内模PID控制器共四种控制器的阶跃响应,验证了使用PSO算法寻找内模PID控制器最优参数的可行性。同时验证了当内模不匹配甚至严重不匹配时,二自由度内模PID控制器仍然能够维持系统稳定,稳态误差保持在2%以内且无超调,证明了使用PSO优化的二自由度内模PID控制能够有效解决传输时延问题并具有良好的鲁棒性,可用作推进剂供应系统的控制器设计方法。为了验证数据压缩算法的性能,将传感器历史数据通过数据压缩单元进行压缩,并将解压的数据与原始数据进行对比,验证了算法的准确性;将不同大小的传感器数据txt文件分别进行压缩,并绘制出LZW和改进的LZW算法下的压缩比和压缩时间的曲线,从曲线中可以看出改进的LZW算法压缩时间比传统字典压缩算法压缩时间降低了约1/3,压缩比基本稳定在1.7,比优化前的字典压缩算法提高0.2左右,验证了算法的压缩性能。
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