[发明专利]直升机机体振动自适应谐波前馈-滑模反馈混合控制方法

说明书

本发明公开了一种直升机机体振动自适应谐波前馈‑滑模反馈混合控制方法，属于直升机振动主动控制领域。所述方法针对直升机振动以旋翼振动载荷激励引起的低频、稳态、谐波振动为主要特征以及直升机工作状态变化引起的振动幅值、频率、相位的变化，提出了直升机机体振动自适应谐波前馈‑滑模反馈混合控制方法，以达到降低旋翼振动载荷激励下直升机机体振动的目的。提出的混合控制方法具备快速的振动控制收敛速度，并对直升机振动的变化具有优异的自适应性和鲁棒性。

技术领域

本发明属于直升机振动主动控制的技术领域，具体指代一种直升机机体振动自适应谐波 前馈-滑模反馈混合控制方法。

背景技术

直升机在飞行过程中，桨叶始终处在非对称、非定常的气动环境中，桨叶在不同的方位 角和不同的桨叶半径处的相对气流速度不对称，导致对应的气动力随方位角改变而周期变化， 合成到旋翼桨毂中心形成旋翼振动载荷，包括三个方向的力和三个方向的力矩。旋翼振动载 荷的主要频率成分为kNΩ(k＝1,2,3…,N为桨叶片数，Ω为旋翼转速)，称其为旋翼的通过频率。 旋翼振动载荷经过旋翼轴传到机体，导致直升机机体产生以低阶频率振动为主的强烈振动， 严重影响直升机的任务执行、座舱的驾驶环境以及机载设备和直升机结构的寿命等。因此， 要对直升机的振动进行控制，这也是直升机技术领域的重点和难点。一些振动控制方法已经 成功应用于直升机，包括被动控制和主动控制，其中直升机机体振动主动控制具有不影响适 航性、控制效果好、适应性强等优势，具有很高的应用价值，成为直升机振动控制领域的研 究重点。

直升机机体振动以低频、稳态、谐波振动为主，频域自适应前馈控制可针对旋翼通过频 率实现良好的振动控制效果，目前基于离散傅里叶变换及其逆变换的频域控制方法已经应用 于直升机振动控制，但此类方法受采样分辨率的限制，容易造成控制输入信号延迟、控制效 果下降等问题。FX-LMS等时域前馈控制方法尽管可以有效抑制目标频域的稳态振动，但针对 瞬态激励或振动载荷突变引起的振动控制延迟较大，且对参考信号的要求较高。H_∞控制、滑 动模态控制和线性二次型控制等时域反馈控制方法能够控制目标结构振动的快速收敛，且无 需参考输入信号，但针对稳态谐波响应的控制效果较差。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种直升机机体振动自适应谐波前 馈-滑模反馈混合控制方法，以克服现有技术对直升机振动控制的缺陷问题；本发明实现旋翼 振动载荷激励下直升机机体振动的高效控制。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种直升机机体振动自适应谐波前馈-滑模反馈混合控制方法，包括步骤如下：

S1、根据直升机旋翼特征生成旋翼的通过频率，确定需控制的谐波阶数，基于通过频率 和谐波阶数生成谐波基函数向量；

S2、设计切换函数和滑动模态反馈控制律，使控制点的误差响应在滑动模态区上的运动 渐进稳定；

S3、通过传感器采集控制点处的误差响应信号，所述传感器根据减振要求布置在直升机 机身上；

S4、利用S3中采集到的误差响应信号，根据滑动模态反馈控制律计算反馈控制时域信号；

S5、利用S3中采集到的误差响应信号，通过谐波系数识别算法修正误差响应谐波系数；

S6、利用S5中得到的误差响应谐波系数，对控制输入谐波系数进行修正，生成下一时刻 的前馈控制时域信号，与S4中计算的反馈控制时域信号叠加，生成下一时刻混合控制时域信 号；

S7、将S6中得到的混合控制时域信号经过模/数变换和功率放大器处理，作为作动器的 输入驱动所述作动器产生作动力，所述作动力经过控制通道传递，在所述直升机机体上产生 作动响应，其中模/数变换的作用是将离散的信号转化为连续信号，功率放大器的作用是为作 动器提供驱动功率。

优选地，所述的S4包括：