[發(fā)明專利]一種防止信號突變的步進(jìn)式控制方法、控制器及工作方法

在審

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• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115800809A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張仕明;高樂;胡和平;朱棣文;姚佐聰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國直升機(jī)設(shè)計研究所
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明公開了一種防止信號突變的步進(jìn)式控制方法、控制器及工作方法。對控制信號的狀態(tài)改變時電壓是否階躍進(jìn)行實(shí)時判斷；當(dāng)電壓階躍時自動修改實(shí)時信號的狀態(tài)為步進(jìn)狀態(tài)，避免階躍電壓可能對驅(qū)動器壓電疊堆造成損壞。本發(fā)明解決了偏置電壓信號+正弦信號混合指令信號的時域逐點(diǎn)開環(huán)控制和閉環(huán)控制中可能出現(xiàn)的1階不可導(dǎo)或不連續(xù)的問題，防止驅(qū)動器在惡劣環(huán)境下出現(xiàn)階躍響應(yīng)引起驅(qū)動器損壞。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直升機(jī)驅(qū)動器伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種防止信號突變的步進(jìn)式控制方法、控制器及工作方法。

背景技術(shù)

主動控制后緣襟翼(ACF)旋翼是一種新興的、極具應(yīng)用前景的直升機(jī)振動主動控制技術(shù)，受到直升機(jī)屆的廣泛關(guān)注。ACF旋翼是在直升機(jī)旋翼槳葉的后緣上附加可以按給定規(guī)律作偏轉(zhuǎn)運(yùn)動的襟翼，通過對襟翼的控制來改變旋翼的氣動力，從而減小槳轂交變載荷，達(dá)到降低機(jī)體振動水平的目的。在ACF旋翼的研究中，智能材料驅(qū)動器的研究是關(guān)鍵問題之一,智能材料驅(qū)動器的形式很多，其中基于壓電材料的壓電驅(qū)動器如X型、菱形壓電疊堆驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)了全尺寸裝機(jī)飛行演示驗(yàn)證。

在ACF旋翼應(yīng)用中，壓電驅(qū)動器通常安裝在槳葉0.7R附近，在驅(qū)動后緣襟翼揮舞運(yùn)動的同時，還需承受槳葉的揮舞、擺振、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動引起的3個方向的加速度以及旋翼旋轉(zhuǎn)引起的巨大的離心力，因此壓電驅(qū)動器生產(chǎn)廠商通過會給出一些使用要求，其中幾條關(guān)鍵要求如下：

1)在離心力條件下，建議偏置電壓信號采用爬升速度不大于xxV/s的斜坡信號。

2)對組合電壓信號(偏置電壓+正弦信號)，指令信號應(yīng)滿足1階可導(dǎo)且連續(xù)的要求。

當(dāng)指令信號不滿足1階可導(dǎo)且連續(xù)的要求時，其FFT變換包含高頻成分，這些頻率可能使驅(qū)動器產(chǎn)生損壞，特別是當(dāng)它與共振頻率重合時。

后緣襟翼驅(qū)動器的控制信號可以用一系列諧波來表示：

上式中Ω表示旋翼角速度，u_offset表示偏置電壓，n表示n/rev諧波，

由于壓電驅(qū)動器的工作電壓范圍常常偏向一側(cè)，如-20～150V，因此在驅(qū)動壓電驅(qū)動器按正弦信號激勵時必須首先施加一個合適的偏置電壓，因此在偏置電壓的開始和結(jié)束時若不施加措施，則可引起驅(qū)動器的階躍響應(yīng)，嚴(yán)重的可能對壓電疊堆造成損壞。

此外，因壓電材料遲滯效應(yīng)的存在，以及ACF旋翼不同槳葉后緣襟翼的協(xié)調(diào)控制，一般需要對壓電驅(qū)動器施加伺服補(bǔ)償控制，然而由于旋翼的揮擺扭運(yùn)動，導(dǎo)致壓電驅(qū)動器-后緣襟翼的反饋信號(驅(qū)動器位移、后緣襟翼角度等)即使在無控時也處在時刻變化中，使得閉環(huán)控制器在結(jié)束控制時輸出的指令信號很難回到“0”，因此在閉環(huán)控制的結(jié)束階段很容易出現(xiàn)階躍，導(dǎo)致輸出的指令信號不滿足1階可導(dǎo)且連續(xù)的要求。

后緣襟翼控制系統(tǒng)通常包含兩層控制器，外層為任務(wù)控制器，如減振、降噪，內(nèi)層為驅(qū)動器伺服補(bǔ)償控制器，因此指令信號通常存在如下幾種工況：

Case1：外層開環(huán)+內(nèi)層開環(huán)

Case2：外層開環(huán)+內(nèi)層閉環(huán)

Case3：外層閉環(huán)+內(nèi)層閉環(huán)

Case4：外層閉環(huán)+內(nèi)層開環(huán)

典型的驅(qū)動器期望指令信號如下所示，通常包含如下幾個階段：

1)偏置電壓

2)偏置電壓+正弦信號

3)偏置電壓

4)結(jié)束控制，指令回0。

其包含的幾個不滿足1階可導(dǎo)且連續(xù)，可能使驅(qū)動器受到損壞的幾個危險點(diǎn)如圖3、4中紅圈標(biāo)注所示。