[發明專利]一種速綜合多余度舵系統線性化協同控制方法

有效

• 申請號: 202011095389.4
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112180979B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 黃民昌;唐德佳;王厚浩;徐志偉;蘇偉杰;孫華旺;蔣凱;張強;張曉澈;趙元勝
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 王海濤

本發明的一種速綜合多余度舵系統線性化協同控制方法，針對每條冗余支鏈存在的電氣、機械非線性環節，通過一臺或多臺控制器控制多臺電機協同工作，控制器預先建立狀態空間和綜合控制輸入量到最優控制量分配的映射，在運動控制的動態過程中，控制器首先計算閉環綜合控制量，其次實時根據傳感器獲取舵機中每條冗余支鏈的運動狀態，通過實時動態映射生成每條支鏈的控制量輸入，從而達到減弱甚至消除非線性環節，改善控制穩定性，提高總系統的可靠性的效果，同時總能耗不會顯著增加。相比于傳統基于模型反解的線性化方法，線性化協同控制策略求解效率高，速度快，可在動態過程中實時進行線性化補償。

技術領域

本發明屬于伺服控制技術領域，特別是具備多余度冗余且通過速綜合輸出的電動舵系統的協同控制方法。

背景技術

在高價值飛行器等高動態、高安全可靠性需求的場合，舵機作為飛行控制系統不可缺少的關鍵執行機構，其性能往往關系到整個飛行器的安危。因此多余度備份技術是提高舵機安全可靠性的有效途徑。而在電動多余度舵機領域，根據多條冗余支鏈的機構耦合方式，可分為力綜合多余度電動舵機以及速綜合多余度電動舵機。力綜合多余度舵機容易做余度，但是余度數量越多，力紛爭問題越嚴重，長時間的內耗會使系統發熱問題凸顯，限制了在高價值飛行器密閉環境下的使用。而速綜合多余度舵機當下的控制方法主要為將冗余支鏈系統當成多條通道相互獨立的閉環系統進行控制，雖然速綜合機構解決了力紛爭內耗問題，但是其每一條冗余支鏈的控制非線性卻都能傳遞到舵面輸出，當非線性較為明顯，如采用受限單極性調制，功率管開通關斷電氣死區大，靜-動摩擦特性差別大時，舵機容易產生極限環抖振現象。傳統非線性系統線性化方法采用求解系統方程逆函數的方式進行前饋上的補償處理，若函數存在非單調、小斜率等特征時，其反解結果存在奇異值，帶來控制上的問題。

現有技術中，文獻(蔣志宏,朱紀洪.無負載均衡控制的兩余度舵機及其非線性補償控制[J].微電機.2008,41(5):13-16)為了解決低速轉矩脈動和補償機械摩擦與齒隙等帶來的非線性問題，提出速度偏置和采用變參數控制器的方法，具有良好的穩態精度、穩定性能。與本發明區別在于：問題不同：該文獻主要針對低速下減速器的齒隙、運動合成的機械部分的干摩擦及齒隙等非線性因素雙余度進行補償，本專利主要針對多余度舵機包括高速動態過程的全狀態空間內對電氣+機械非線性進行補償手段不同：該文獻采用速度偏置與變參數方法，跟隨已規劃的速度軌跡，主要為反饋控制技術，本專利主要采用最優分配映射協同控制方法，主要為前饋控制技術。效果不同：文章不能消除電氣非線性，同時速度偏置存在提高了靜耗電流，本文可消除電氣+機械上的非線性，同時保證了驅動效率。專利(CN104850036《一種雙冗余電動舵機控制系統及方法》)針對速綜合雙余度電動舵機電流平衡控制算法復雜，存在MCU單點等不足等問題設計了一種可靠性高,控制簡單,操作方便的雙冗余電動舵機控制系統及方法。與本發明區別在于：解決的問題完全不同，該專利提供了一種較為簡單的速綜合雙余度控制和故障切換方法，不能解決速綜合多余度電動舵機非線性問題。專利(CN 102700706《一種雙余度舵機系統和控制方法》)針對多余度無刷直流電動舵系統的系統故障與隔離問題，提供了一種驅動裝置故障時實時檢測故障并隔離的方法，同時能完成舵面位置跟隨功能。與本發明區別在于：應用不同：該專利僅針對力綜合雙余度舵機，本專利針對速綜合雙余度舵機。解決的問題完全不同，該專利提供了一種實時檢測故障并隔離的方法，不能解決速綜合多余度電動舵機非線性問題。

因此，速綜合多余度伺服系統的線性化處理對于改善其動態控制特性，提高控制穩定性具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為速綜合多余度舵系統提供一種速綜合多余度舵系統線性化的協同控制方法。