[發明專利]一種直升機電動尾部減速器系統的控制方法

有效

• 申請號: 201810372506.3
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108762066B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 黃康;郭俊;朱胤斐;孫浩;李晨鳴;楊磊;劉榮耀
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 于俊

本發明公開了一種直升機電動尾部減速器系統的控制方法，包括以下步驟：(a)建立直升機電動尾部減速器的動力學模型；(b)利用Udwadia?Kalaba(U?K)方法簡化動力學方程，完成動力學建模；(c)設計直升機電動尾部減速器系統控制器及其自適應規律；(d)對直升機電動尾部減速器控制器系統進行穩定性分析：(e)對直升機電動尾部減速器系統進行系統性能仿真，由仿真效果調整直升機電動尾部減速器系統的控制器參數。本發明考慮外界不確定性的自適應魯棒控制設計方法，通過控制系統設計，解決了軌跡跟蹤控制。本發明的控制方法可以自我檢測系統穩定性并能運行在不同計算性能控制平臺上，適應性強。

技術領域

本發明屬于航空自動化控制技術領域，具體涉及一種直升機電動尾部減速器系統的控制方法。

背景技術

由于汽油、柴油等化石燃料的大量開發和使用，在能源和環保的雙重壓力下，傳統內燃機尤其是航空內燃機，因其碳排放量高、污染嚴重的原因，現各國都制定了相應的鼓勵政策積極推動新能源產業的發展，航空電機以其越來越明顯的優勢正在快速發展。

直升機一般是靜不穩定的，其飛行控制系統是一個非線性、多變量、強耦合的復雜系統，再加上直升機尾槳本身的氣動特性十分復雜，直升機在實際的機動飛行中也存在著諸多不確定因素，因此，在設計直升機電動尾槳控制器時，有必要使它對未知不確定性和外界干擾均具有很強的魯棒性，以保證直升機飛行時的穩定和安全。

目前常用的機械系統建模方法主要有Newton-Euler方法、Lagrange方法、Kane方程以及其他利用約束動力學理論發展起來的建模方法。但這些方法存在操作困難或不可得到解析形式動力學方程的缺點，對于后期保證控制器的精度有較大的影響。1992年，美國南加州大學的Udwadia和Kalaba教授提出了一種簡明的用于描述受約束系統的動力學建模方法，該方法稱之為Udwadia-Kalaba(U-K)理論。

本發明采用一種針對機械系統的解析建模方法，該方法基于Udwadia-Kalaba(U-K)方程。該理論內容主要有以下三個主要方面：基于達朗貝爾原理和高斯定理，理論提出了理想約束條件下多體系統的基本運動方程；考慮到非理想約束系統不能滿足達朗貝爾原理的情況，理論完善了多體系統的運動方程，增加了非理想約束力的解析表達式；針對系統質量矩陣奇異的情況，理論擴展了運動方程，使其能夠解決質量矩陣奇異時運動方程無解的問題。

發明內容

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種直升機電動尾部減速器系統的控制方法，所述直升機電動尾部減速器系統包括電機子系統、減速器子系統和尾槳子系統，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)根據步驟(b)獲得的所述動力學模型，設立直升機電動尾部減速器系統的控制器及其自適應規律，由所述控制器控制所述直升機電動尾部減速器系統的工作；

(d)對直升機電動尾部減速器控制器系統進行穩定性分析；

(e)對直升機電動尾部減速器系統進行系統性能仿真，根據所述穩定性分析和性能仿真的結果調整直升機電動尾部減速器系統的控制器參數。

所述步驟(a)具體是指：

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

電機子系統動力學方程：