[發(fā)明專利]一種直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810372506.3
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108762066B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃康;郭俊;朱胤斐;孫浩;李晨鳴;楊磊;劉榮耀
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 于俊

1.一種直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制方法，所述直升機電動尾部減速器系統(tǒng)包括電機子系統(tǒng)、減速器子系統(tǒng)和尾槳子系統(tǒng)；其特征在于，該方法包括以下步驟：

(a)建立直升機電動尾部減速器的動力學方程；

(b)利用Udwadia-Kalaba(U-K)方法簡化所述動力學方程，完成動力學建模；

(c)根據(jù)步驟(b)獲得的所述動力學模型，設(shè)立直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制器及其自適應(yīng)規(guī)律，由所述控制器控制所述直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的工作；

(d)對直升機電動尾部減速器控制器系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析；

(e)對直升機電動尾部減速器系統(tǒng)進行系統(tǒng)性能仿真，根據(jù)所述穩(wěn)定性分析和性能仿真的結(jié)果調(diào)整直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制器參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(a)具體是指：

根據(jù)拉格朗日力學或者牛頓力學，分別得到電機子系統(tǒng)、減速器子系統(tǒng)和尾槳子系統(tǒng)的動力學方程如下：

電機子系統(tǒng)動力學方程：

T_a是電磁轉(zhuǎn)矩，T_L是電機的輸出轉(zhuǎn)矩，J是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，Ψ_f是每對永磁體的磁通，L_d、L_q是交直軸電感，P₁是定子的極對數(shù)，i_d,i_q分別是d軸、q軸的交直軸電流；

是電機轉(zhuǎn)動的角加速度，是電機轉(zhuǎn)動的角速度，B是轉(zhuǎn)子的粘性阻尼系數(shù)；

減速器子系統(tǒng)動力學方程：

T_減速器是減速器的輸出轉(zhuǎn)矩，位是減速器的減速比，I_L是減速器輸出端的轉(zhuǎn)動慣量，μ是輪齒嚙合摩擦系數(shù)；

尾槳子系統(tǒng)動力學方程：

J_尾槳是尾槳的轉(zhuǎn)動慣量，T_負載是尾槳所受的負載，這里看成與尾槳平衡主旋翼的反扭矩M_K等同；

聯(lián)立(1)(2)(3)式，最終整理后得綜合的動力學方程，如公式(4)所示：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(b)具體是指：

將所述直升機電動尾部減速器系統(tǒng)分解為多個子系統(tǒng)，并由廣義坐標向量q∈Rⁿ表示，則系統(tǒng)的廣義速度向量為廣義加速度向量為在無約束條件下，運動方程可表示為：

其中，t∈R是獨立的時間變量，R是常數(shù)，M(q,t)＝M^T(q,t)∈R^n×n是質(zhì)量矩陣，包括重力、外力和離心力；

最后，給出受約束系統(tǒng)的運動方程：

其中，為約束力；

那么受約束的機械系統(tǒng)運動方程，即U-K方程可以表示為如公式(7)所示，完成動力學建模：

其中，為的廣義逆矩陣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(c)具體是指：

進一步建立含有不確定性的動力學模型，如公式(8)所示，據(jù)此設(shè)立直升機電動尾部減速器系統(tǒng)的控制器：

其中，t∈R是獨立的時間變量，q∈Rⁿ為系統(tǒng)的坐標向量，為系統(tǒng)的速度向量，為系統(tǒng)的加速度向量，系統(tǒng)的不確定參數(shù)，τ∈Rⁿ為系統(tǒng)控制輸入；式中緊集但未知，象征著不確定性可能的界，M(q,σ,t)為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣，為科氏力，G(q,σ,t)為重力；

設(shè)立所述控制器的自適應(yīng)規(guī)律，所述自適應(yīng)規(guī)律含有基于約束跟隨控制的自適應(yīng)魯棒控制，如公式(9)所示：

其中，P₁、P₂、P₃分別為