[發明專利]一種基于擴散協作策略的分布式主動振動抑制方法

在審

• 申請號: 202210152667.8
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114637199A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 李經良;陸洋;李程磊;孫佳明;栗志
• 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: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明提供一種基于擴散協作策略的分布式主動振動抑制方法，解決了傳統集中式算法在主動振動抑制中運算量龐大和減振效果下降及物理不可實現的問題，包括：在受控對象的待減振位置上布置控制節點；量化不同控制節點間的次級通道耦合程度以獲得控制網絡拓撲結構；基于控制網絡拓撲結構，采用擴散協作策略更新控制節點的控制權向量并基于控制權向量計算各控制節點的作動力；控制節點的作動力經次級通道引起的次級響應與待減振位置處的期望信號進行疊加，實現抑制待減振位置處的振動。本發明降低了實際應用系統數據傳輸所消耗的通信資源并降低了算法的運算量，提高了收斂速度和魯棒性，且主動振動控制系統的規模越大該擴散算法的優勢越明顯。

技術領域

本發明屬于振動控制領域，具體涉及一種基于擴散協作策略的分布式主動振動抑制方法。

背景技術

直升機飛行時機體振動水平高嚴重影響了機乘人員的舒適性和工作效率，并降低結構的疲勞壽命與機械設備的可靠性，嚴重時會引起精密設備的失效，進而給直升機的飛行安全帶來隱患。研究資料表明，40％的直升機事故都與振動有關。因此，必須采取一定的措施來控制直升機的振動水平，使其降低到用戶可接受的水平，這也成為現代直升機研制過程中最為關鍵的技術問題之一。

目前，直升機振動控制措施主要分為被動控制方法和主動控制方法兩大類。傳統的吸振、隔振等被動振動控制方法陸續應用到直升機上，減振效果比較明顯，但其引起的增重問題也日益突出。隨后出現了更具優勢的直升機主動振動控制方法，包括：高階諧波控制、獨立槳葉控制、主動控制襟翼、結構響應主動控制(Active Control of StructuralResponse,ACSR)等。其中由歐洲Westland公司于80年代提出的ACSR技術由于減振效果好、功耗低、系統重量代價低、適應性強和易于工程實現等顯著優點，成為了最具發展潛力的直升機振動主動控制技術，已在國內外多款直升機型號上得到了正式裝備。

常規直升機的ACSR技術通常僅關注駕駛員和乘員座椅附近少數位置的振動水平，主動控制系統規模普遍不大。如：UH-60M直升機的ACSR系統采用了3套作動器和5個反饋控制點，即控制規模為五入三出(5×3)；EC225/EC725的直升機ACSR系統采用了兩套作動器來控制座艙內四個控制點的振動水平，即控制規模為4×2。

隨著高速直升機、傾轉旋翼機等新構型直升機的快速發展，除駕駛員和乘員座椅附近少數位置外，儀表板、主減和尾梁等處的振動水平也日益受到關注。Sikorsky公司采用規模為10×6的ACSR技術解決了X2高速直升機大速度前飛時機體振動大的問題，X2高速直升機控制規模明顯比UH-64M和EC225/EC725的控制規模大。由此可見，待減振位置多、分布區域跨度大將成為新構型直升機ACSR技術的新特點。

隨著控制系統規模的進一步增大，次級通道數量也急劇增加，導致傳統集中式多通道算法靠單個處理器在工程上將無法實現。此外，集中式算法要考慮所有次級通道的耦合，最優控制參數取值困難常使得控制效果變差。這些不利因素對目前ACSR技術用于直升機大規模主動振動控制系統而言是災難性的。

發展主動振動控制(Active Vibration Control,AVC)領域的分布式算法是解決當前ACSR技術應用于直升機多區域、大跨度系統減振的關鍵。目前已有的分布式算法采用分散式解耦控制方法，其將多通道系統的每個通道看成是獨立的控制回路，忽略實際次級通道的耦合作用。該方法復雜程度低、易于工程實現，但由于簡單粗暴忽略了所有次級通道的耦合作用，使得控制算法沿著錯誤的方向收斂，最終導致控制系統發散。因此，該分布式算法僅適用于完全沒有耦合的系統，實際物理結構難以滿足該要求。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種采用擴散協作策略的方式考慮不同控制節點間次級通道耦合情況的基于擴散協作策略的分布式主動振動抑制方法，解決了傳統集中式算法應用于新構型直升機多區域、大跨度系統主動振動抑制面臨的運算量龐大和減振效果下降及物理不可實現的工程難題。

本發明提出的技術方案如下：