[發明專利]旋翼變轉速直升機振動主動控制的混合控制方法

有效

• 申請號: 202110046970.5
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112859589B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 郎凱;夏品奇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陸燁

本發明公開了旋翼變轉速直升機振動主動控制的混合控制方法，該方法基于諧波同步識別修正算法和歸一化步長方法，提出了歸一化旋翼載荷頻率跟蹤算法；在此基礎上基于歸一化步長方法和滑模輸出反饋算法，提出了旋翼變轉速直升機振動主動控制的混合控制方法，以實現旋翼變轉速直升機振動控制過程中旋翼載荷的實時跟蹤和機體振動響應自適應控制的目的。本發明可精確跟蹤旋翼載荷頻率，根據載荷環境自適應調節控制系統參數，具備良好的控制效果和適應性，即使在旋翼載荷頻率跨過直升機機體固有頻率時也能對機體振動進行有效控制。

技術領域

本發明屬于直升機振動主動控制的技術領域。

背景技術

直升機采用旋翼變轉速技術可提升不同飛行速度下的飛行性能，降低前行槳葉壓縮性和后行槳葉動態失速以實現高速前飛。相對于旋翼轉速固定的直升機，旋翼變轉速直升機會帶來更嚴重的振動問題。隨著旋翼轉速的變化，旋翼載荷的頻率有可能逼近甚至跨過機體的固有頻率，引起嚴重的共振問題，需采用振動控制方法抑制振動響應。傳統的頻域振動主動控制方法以固定的旋翼通過頻率為控制目標頻率，在固定旋翼轉速直升機的振動主動控制中可取得良好的控制效果。但是對于旋翼變轉速直升機，隨著載荷和機體測點響應頻率的變化，作動器至測點的頻響函數也隨之改變，傳統的主動控制方法不具備根據載荷頻率變化調整控制參數的能力，當載荷頻率變化到一定程度后會導致控制發散。

諧波同步識別修正算法通過對控制系統誤差響應進行諧波系數識別以及控制信號諧波系數修正，實現對穩態諧波響應的控制。但是該算法的實現依賴于載荷頻率產生的諧波基函數。當旋翼轉速變化時，載荷頻率也隨之改變，目標頻率與載荷頻率之間的頻率差會引起諧波基函數的誤差，繼而引起控制誤差響應諧波系數的識別誤差，影響控制效果。同時，目標頻率與載荷頻率之間的頻率差還會導致作動器至測點的頻響函數誤差，尤其在直升機機身固有頻率附近，頻響函數的變化率很大。頻響函數誤差達到一定程度后，就會引起振動控制的發散。

發明內容

發明目的：為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種旋翼變轉速直升機振動主動控制的混合控制方法。

技術方案：本發明提供了一種旋翼變轉速直升機振動主動控制的混合控制方法，具體包括如下步驟：

S1：根據直升機的初始旋翼通過頻率和控制目標在無振動控制狀態下產生的響應的頻域特征，確定輸入至作動器的混合控制信號的諧波階數I_C；

S2：根據初始的旋翼載荷頻率和諧波基函數的初始相位，得到初始的諧波基函數；初始化頻響函數和輸入至作動器的混合控制信號；

S3：將當前時刻的混合控制信號輸入至作動器，使得作動器驅動直升機產生作動響應，將當前時刻直升機在控制目標處產生的作動響應信號和當前時刻旋翼載荷在控制目標處產生的激勵響應信號疊加作為當前時刻該控制目標處的控制誤差響應信號，安裝在對應控制目標上的傳感器實時采集該控制目標上的控制誤差響應信號，從而得到當前時刻的控制誤差響應信號e(t)；

S4：對S3中的控制誤差響應信號的諧波系數進行識別，從而得到控制誤差響應信號的整體諧波系數矢量θ(t)，并根據當前時刻的諧波基函數和θ(t)更新下一個時刻控制誤差響應信號的整體諧波系數矢量θ(t+1)；

S5：根據θ(t+1)更新下一個時刻旋翼載荷頻率和諧波基函數的相位，并根據下一個時刻的旋翼載荷頻率，諧波基函數的相位和θ(t+1)，得到下一時刻自適應諧波前饋時域控制信號u_a(t+1)；設計滑動模態反饋控制律，并根據S3中的e(t)，計算下一個時刻滑動模態反饋控制律反饋的時域控制信號u_s(t+1)；

S6：將u_a(t+1)和u_s(t+1)疊加后的信號作為下一個時刻輸入至作動器的混合控制信號，從而抑制控制目標的振動，并轉S2。

進一步的，所述S4中采用最小均方誤差算法對控制誤差響應信號的諧波系數進行識別。