Page 261 - 机械制造及其自动化

第六章 工业智能化机械的技术与应用

烧室压力的闭环控制，且燃烧室压力变化的滞后使得系统存在超调、振荡、调
节时间长等一系列问题，而系统调节过程中煤油流量调节的不稳定使得针栓喷注

器的调节不稳定，进一步使得推进剂当量比不稳定，不能满足推力控制需求。因
此，控制方案不能满足变推力液体火箭发动机的推力控制需求。
（三）推进剂增压供应系统方案分析
第一，液氧离心泵转速开环控制的控制方案结构简单，也比较容易实现，由

于液氧离心泵不参与控制回路，因此没有出现控制参数耦合的现象，调节速度
快，煤油流量和喷注压降调节精度较高。该方案避免了控制方案一中离心泵可能
产生的飞转或停滞，但是不能避免由针栓喷注器滞后调节引起的煤油、液氧喷注
压降和液氧流量的振荡。同时，由于离心泵开环控制，必须依靠对液氧管路中整

体压降损失的精确计算，才能实现燃烧室压力精确调节，但是液氧管路中的精确
压降损失难以计算。
第二，解算燃烧室压力偏差的控制回路，液氧离心泵和煤油齿轮泵同步调
节，针栓喷注器滞后调节。由于导致燃烧室压力的偏差的原因众多，不能仅仅通

过调节推进剂流量和喷注压降来实现燃烧室压力的闭环调节。同时，电机泵和喷
注压降的调节不能立即实现燃烧室压力的变化，燃烧室压力调节滞后，导致系统
调节过程中系统超调、调节时间过长等问题，威胁系统管路的安全。

第三，液氧/煤油组元比闭环调节控制方案，推进剂喷注压降、推进剂当量
比控制精确。但是阶跃信号出现时，推进剂当量比出现较大振荡且调节时间较
长，其中由于液氧离心泵转速调节顺序最后，液氧喷注压降的振荡和超调较小，
但是调节时间较长。
结合以上各个控制方案，根据电机泵增压系统结构、电机泵与针栓喷注器各

自性能特征以及PID控制器特性不难发现，煤油齿轮泵的控制与针栓喷注器的控
制必然是串联的，且煤油齿轮泵的PID控制先于针栓喷注器的控制，这将必然导
致煤油喷注压降在阶跃信号出现时会发生较大的振荡，最大振荡超过设定煤油喷

注压降的100%，喷注压降的振荡直接影响煤油喷注的雾化以及与液氧的混合，
降低发动机性能，同时将会对推进剂供应系统管路造成极大的破坏。

四、基于神经网络 PID 控制系统设计

（一）神经网络 PID 控制器原理
人工神经网络（Artificial Neutral Networks，ANN），简称神经网络，是对人

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