[發明專利]一種螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法

有效

• 申請號: 201911307938.7
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111123705B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 王繼強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

1.一種螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，建立螺旋槳及傳動軸系統的模型；

步驟2，根據步驟1建立的模型的參數，定義以下變量：

S(jω)＝(1-G₀₀(jω)K(jω))^-1

w_i(jω)＝C_id(jω)

其中，T_yd表示傳動軸y對外部振動d的性能響應，表示螺旋槳槳葉z_i對外部振動d的性能響應，S(jω)表示系統靈敏度函數，K(jω)表示待設計控制器，w_i(jω)表示螺旋槳槳葉處要衰減的第i個振動信號，C_i為一個復數，表示相對于外部振動信號的幅值和相位移動，d(jω)表示外部振動，R_i(jω)表示輔助靈敏度函數，G₀₀(jω)、G_i0(jω)、G_0k(jω)、G_ik(jω)均表示傳遞函數，i＝1,…,n，k＝1,…,n，n表示需要減振的性能變量數目；

并畫出|T_yd|≤1和的幾何表示，分別記為S-circle和iR-circle；

步驟3，判斷所有的iR-circle與S-circle之間是否存在共同的交集，若是則判定存在最優控制器使得y(jω)與z_i(jω)同時減振，y(jω)表示傳動軸性能變量，z_i(jω)表示螺旋槳槳葉性能變量，并進入步驟4，否則該設計方法結束；

步驟4，將S-circle與1R-circle按相同比例進行縮小，直至縮小后的S-circle與縮小后的1R-circle相切，則相切點即為滿足y(jω)與z₁(jω)同時減振的最佳性能點，記為A₁；對S-circle與每個iR-circle重復上述操作，i＝2,…,n，將找到的相切點依次記為A₂,…,A_n，從A₁,…,A_n中找出一個點，該點為滿足y(jω)與所有z_i(jω)同時減振的最佳性能點；

步驟5，根據步驟4選擇出來的滿足y(jω)與所有z_i(jω)同時減振的最佳性能點，構建為y(jω)與所有z_i(jω)提供最優減振性能的最優控制器K(jω)，公式為：

其中，S(jω)表示滿足y(jω)與所有z_i(jω)同時減振的最佳性能點，G₀₀(jω)表示傳遞函數；

步驟6，利用主動振動控制算法將頻域下的控制器K(jω)轉換為復域下的控制器K(s)；具體過程為：

定義最優控制器K(jω)中的S(jω)為復數：S(jω)＝a+jb，其中a和b具有相同的符號；

當a和b均為正數，則控制器為：

其中，A＝cd-bω，c+bd/ω＝1，A＞0，d＞0；a、b、c、d均為實數，ω表示諧波頻率，G₀₀(s)表示傳遞函數，s表示復域；

當a和b均為負數，則控制器為：

其中，A＞0，c＞0，d＞0，σ為正數；

步驟7，根據步驟6得到的控制器K(s)進行仿真，驗證其是否滿足螺旋槳及傳動軸系統的最優性能要求，若不滿足，則返回步驟2，重新設計。

2.根據權利要求1所述螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法，其特征在于，步驟1所述螺旋槳及傳動軸系統的模型為：

其中，G表示傳遞函數矩陣，G₀₀(jω)、G_0i(jω)、G_i0(jω)、G_ii(jω)均表示傳遞函數，jω表示頻域，u(jω)表示傳動軸處控制輸入，w_i(jω)表示螺旋槳槳葉處要衰減的第i個振動信號，y(jω)表示傳動軸性能變量，z_i(jω)表示螺旋槳槳葉性能變量，i＝1,…,n，n表示需要減振的性能變量數目。

3.根據權利要求1所述螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法，其特征在于，步驟4所述從A₁,…,A_n中找出一個點，該點為滿足y(jω)與所有z_i(jω)同時減振的最佳性能點，具體過程為：

記滿足y(jω)與z_i(jω)同時減振的最佳性能點對應的最佳減振性能為T_i，從所有相切點A₁,…,A_n中選擇一個點A_k，k＝1,…,n，A_k為滿足y(jω)與z_k(jω)同時減振的最佳性能點，同時選擇A_k作為滿足y(jω)與z_i≠k(jω)同時減振的最佳性能點時，所損失的減振性能小于T_i≠k的5％。