[發(fā)明專利]一種基于電機積分魯棒控制驅(qū)動的加油軟管振動抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911364853.2
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111103905B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設計）人: 蘇子康;解明揚;李春濤;程遵堃;李雪兵
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02;G05B13/04;H02P21/13;H02P21/00;H02P25/022;B64D39/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發(fā)明公開了一種基于電機積分魯棒控制驅(qū)動的加油軟管振動抑制方法，該方法主要包括：首先，建立空中加油軟管松弛程度與驅(qū)動電機角位置指令之間的近似轉(zhuǎn)換關系，以通過回收消除軟管松弛實現(xiàn)軟管振動抑制；在此基礎上，針對帶未知負載的永磁同步電機模型，設計魯棒積分伺服跟蹤控制器，以實現(xiàn)對電機角位置指令快速、準確跟蹤，以及時抑制加油軟管振動。本發(fā)明方法可用于空中加油軟管振動抑制和伺服收放控制，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準確、有效地抑制加油軟管振動，可有效降低因加油軟管振動而造成的加油事故。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種基于電機積分魯棒控制驅(qū)動的加油軟管振動抑制方法，屬于無人系統(tǒng)振動控制技術(shù)領域。

背景技術(shù)

軟管錐套式空中加油系統(tǒng)自上世紀以來，已廣泛應用，具有作用不可替代。軟管錐套組合體是軟式加油對接、傳輸燃油過程中最為關鍵的設備。大量的飛行試驗顯示，加油軟管作為典型的剛-柔-液耦合系統(tǒng)，對加油機牽連、紊流、受油機前擾波、加油機尾渦等外部干擾，以及燃油壓力、軟管柔性材料形變等內(nèi)部擾動均是十分敏感的。特別是在加油對接中，受油機以一個相對過沖速度撞開錐套閥門實現(xiàn)對接鎖定，其慣性將推動加油軟管前移，造成加油軟管松弛，進而在尾渦、紊流等擾流作用下，產(chǎn)生的劇烈振動。軟管振動會對受油插頭和加油軟管產(chǎn)生很大的瞬時載荷，極易導致受油插頭與錐套脫離，極大地降低了對接成功率，甚至會造成加油軟管、插頭斷裂事故，嚴重影響空中加油安全。

當前軟管振動抑制思路主要有穩(wěn)定軟管張力和受油機合理對接操縱兩個方面。但考慮到加油軟管特殊的剛-柔-液耦合系統(tǒng)同時受多種內(nèi)、外擾動影響，其復雜的動力學特性至今仍難以準確描述，致使目前各種抑制措施始終不盡滿意。當前，加油吊艙多裝備用以保持軟管張力穩(wěn)定以抑制軟管振動的恒力彈簧設備，然而加油對接事故率仍高達2.5％，遠遠高于危險等級最高的著陸階段。加油軟管振動的危害性要求其在出現(xiàn)之初，就能夠被及時、迅速且準確地抑制。因此，很有必要設計一種抗擾動、快速軟管振動抑制控制系統(tǒng)，提升加油軟管系統(tǒng)穩(wěn)定性和加油對接安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于電機積分魯棒控制驅(qū)動的加油軟管振動抑制方法，有效地抑制了加油軟管振動，提高了加油軟管穩(wěn)定性和加油對接安全性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種基于電機積分魯棒控制驅(qū)動的加油軟管振動抑制方法，包括如下步驟：

步驟1，設定空中加油機飛行速度和中度紊流大氣環(huán)境，將各風場進行矢量合成后分解為慣性系下三軸風分量，以此為基礎，采用有限元和多體動力學建模思想，建立中度紊流下受加油機拖拽的柔性加油軟管-錐套組合體多體動力學模型；并設定受油機受油插頭相對對接剖面；

步驟2，依據(jù)柔性加油軟管-錐套組合體多體動力學模型參數(shù)，建立消除加油軟管對接松弛所需回收長度ΔL與永磁同步電機角位置指令之間的轉(zhuǎn)換關系；

步驟3，依據(jù)柔性加油軟管-錐套組合體多體動力學模型參數(shù)，建立電機負載T_L與加油軟管起始端所受拉力T₁之間的轉(zhuǎn)換關系；

步驟4，根據(jù)永磁同步電機模型，設計擴張狀態(tài)干擾觀測器，以觀測估計拖曳加油軟管引起的不可測量負載擾動項；

步驟5，將步驟4觀測估計的不可測量負載擾動項作為部分前饋補償量，針對永磁同步電機角位置和角速度ω回路，設計角位置積分魯棒跟蹤控制器具體過程為：

步驟51，定義角位置蹤誤差e₁、角速度跟蹤誤差e₂、輔助誤差電機角速度參考指令ω^*；具體如下：

其中，均為反饋增益，

步驟52，根據(jù)誤差積分魯棒控制方法設計角位置回路積分魯棒跟蹤控制器具體如下：