[發(fā)明專利]一種應用于懸掛負載直升機的新型離散全鎮(zhèn)定控制方法

有效

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• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107728468B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 張雨濃;郭津津;李健;邱斌斌;楊智
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明提供了一種應用于懸掛負載直升機的新型離散全鎮(zhèn)定控制方法，包括如下步驟：1)得出懸掛負載直升機簡化數(shù)學模型的動力學方程，并采集相關參數(shù)；2)根據(jù)步驟1)中的動力學方程，結合零化動力學和梯度動力學方法，得出全鎮(zhèn)定連續(xù)控制器，實現(xiàn)懸掛負載直升機位移與負載擺動角的同時鎮(zhèn)定控制；3)根據(jù)步驟2)中全鎮(zhèn)定連續(xù)控制器，采用新型離散公式獲得用于計算機數(shù)字控制的控制輸入量和控制參變量。本發(fā)明提供了一種應用于懸掛負載直升機的新型離散全鎮(zhèn)定控制方法，實現(xiàn)了對懸掛負載直升機位移和負載擺動角的同時鎮(zhèn)定控制。

技術領域

本發(fā)明涉及懸掛負載直升機控制領域，更具體涉及一種應用于懸掛負載直升機的新型離散全鎮(zhèn)定控制方法。

背景技術

懸掛負載直升機飛行時懸掛物會對直升機的飛行造成較大影響，其飛行運動模式、穩(wěn)定性和操作性均發(fā)生了改變。到達目的地后直升機停止時，懸掛的負載極有可能因為慣性發(fā)生類似單擺的運動，造成貨物損壞甚至對地面人員安全造成威脅。由此可見，在直升機懸停時對負載的零振蕩控制十分必要，這就要求我們同時對懸掛負載直升機位移和負載擺動角進行控制，這樣做將會大幅度提高直升機運輸效率，緩解駕駛員駕駛壓力，保證直升機的安全運輸。因此，實現(xiàn)懸掛負載直升機全鎮(zhèn)定控制具有非常重要的應用價值，在國防建設等諸多領域具有重要的應用前景。

以前的研究可能只涉及到對懸掛負載直升機位移或者是負載擺動角單獨控制的情況，該情況可能導致飛機雖然停下來了，但負載還在發(fā)生擺動，或者是負載停下來了，但飛機速度還未減小到零(也即，位移不是常數(shù))，這樣就無法實現(xiàn)全鎮(zhèn)定控制，從而增加了貨物損壞的風險，甚至造成對地面人員的傷害。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術與方法的不足，提供一種應用于懸掛負載直升機的新型離散全鎮(zhèn)定控制方法，其中采用全鎮(zhèn)定連續(xù)控制器，實現(xiàn)懸掛負載直升機位移與負載擺動角的同時鎮(zhèn)定控制，并采用新型離散公式獲得用于計算機數(shù)字控制的控制輸入量和控制參變量。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術方案如下：

一種應用于懸掛負載直升機的新型離散全鎮(zhèn)定控制方法，包括如下步驟：

S1.得出懸掛負載直升機簡化數(shù)學模型的動力學方程，并采集相關參數(shù)；

S2.根據(jù)步驟S1中的動力學方程，結合零化動力學和梯度動力學方法，得出全鎮(zhèn)定連續(xù)控制器，實現(xiàn)懸掛負載直升機位移與負載擺動角的同時鎮(zhèn)定控制；

S3.由于計算機只能處理數(shù)字量，根據(jù)步驟S2中得出的全鎮(zhèn)定連續(xù)控制器，采用新型離散公式獲得用于計算機數(shù)字控制的控制輸入量和控制參變量，從而實現(xiàn)計算機同時控制懸掛負載直升機位移與負載擺動角。

步驟S1得出懸掛負載直升機簡化數(shù)學模型，將負載視為質點，建立其動力學方程為：

其中，x為直升機位移，v為直升機速度，為直升機加速度，θ為負載擺動角，ω為負載擺動角速度，為負載擺動角加速度，f_h為直升機水平驅動力，上述變量中均省略了作為自變量的時間變量t。采集懸掛負載直升機相關參數(shù)用于建模和直升機質量M，負載質量m，繩索長度l。

本發(fā)明首先結合零化動力學和梯度動力學方法，得出的控制器和它的控制參變量之間建立了耦合關系，使得懸掛負載直升機位移和負載擺動角之間存在一定內在關聯(lián)，從而實現(xiàn)了懸掛負載直升機位移和負載擺動角的同時鎮(zhèn)定控制。由于計算機只能處理數(shù)字量，因此，采用新型離散公式獲得用于計算機數(shù)字控制的控制輸入量和控制參變量，從而實現(xiàn)計算機同時控制懸掛負載直升機位移與負載擺動角。

步驟S2中得出全鎮(zhèn)定連續(xù)控制器：其中，λ為控制參變量，通過采用梯度動力學方法，得出如下表達式：將控制參變量λ的表達式代入全鎮(zhèn)定連續(xù)控制器中，控制懸掛負載直升機速度最終為零以及負載擺動角最終也為零，即實現(xiàn)懸掛負載直升機位移和負載擺動角的同時鎮(zhèn)定控制。