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机械制造及其自动化
Mechanical Manufacturing and Its Automation

的流通及喷注截面积。

3.步进电机动力学
使用步进电机通过滚珠丝杆将步进电机的转动转化为轴向移动，驱动可调汽
蚀文氏管针锥或针栓喷注器的套筒的前后移动，实现开度调节，进而实现发动机
推力控制。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的开环控制电机，步进电机的
转速值取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。因此，控制系

统可以通过控制电脉冲数和频率就能实现针锥位移的精确控制。

二、电机泵增压供应与控制系统方案

（一）典型 PID 控制原理
在变推力液体火箭发动机的控制器设计中，为了确保控制系统的稳定性，通
常采用传统比例、积分、微分（PID）控制器。PID控制器在控制工程中的应用
中有着悠久的历史，由于其结构的简单、鲁棒性好、可靠性高等优势，适用于各

种类型的控制方案。因此，尽管已经发展出了大量的先进的智能控制方法，PID
控制方法依然在很多实际工业应用中广泛应用。
PID控制器的控制环节如下：
第一，比例环节。比例环节的参数k p 与系统的响应速度有关。偏差一旦产

生，比例环节将立即作出反应以减少偏差，参数k p 越大，系统的响应速度越快，
但是易产生超调。
第二，积分环节。比例环节作出反应后，积分环节将作用以消除系统问题误
差，提高系统调节精度，积分环节作用强度与积分参数k p 有关，k p 过大会增加系

统的不稳定性。
第三，微分环节。微分环节能修正系统的动态误差，与微分参数k有关。微
分环节能反应系统偏差的趋势，在系统中引入一个修正信号，加快系统调节速
度，但是k过大会引起系统抗干扰能力下降。因此，PID控制器的设计的关键问

题之一就在于对这三个参数的整定。
注意到，传统PID控制器是典型的单输入单输出控制器，具有传统控制方法
的缺点。一个PID控制器只能同时实现一个控制量的简单线性闭环控制，而电机
泵液体火箭发动机的推力调节是一个多输入多输出强耦合的控制问题。为实现电

机泵增压推进剂供应与控制系统的控制需求，需要多个PID控制器串联或并联同
时控制，因此在建立电机泵增压系统控制回路时就需要考虑控制量的选择和各个

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