[发明专利]一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法

权利要求书

1.一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法，所述直升机电动尾部减速器系统包括电机子系统、减速器子系统和尾桨子系统；其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)建立直升机电动尾部减速器的动力学方程；

(b)利用Udwadia-Kalaba(U-K)方法简化所述动力学方程，完成动力学建模；

(c)根据步骤(b)获得的所述动力学模型，设立直升机电动尾部减速器系统的控制器及其自适应规律，由所述控制器控制所述直升机电动尾部减速器系统的工作；

(d)对直升机电动尾部减速器控制器系统进行稳定性分析；

(e)对直升机电动尾部减速器系统进行系统性能仿真，根据所述稳定性分析和性能仿真的结果调整直升机电动尾部减速器系统的控制器参数。

2.根据权利要求1所述的一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(a)具体是指：

根据拉格朗日力学或者牛顿力学，分别得到电机子系统、减速器子系统和尾桨子系统的动力学方程如下：

电机子系统动力学方程：

T_a是电磁转矩，T_L是电机的输出转矩，J是转子的转动惯量，Ψ_f是每对永磁体的磁通，L_d、L_q是交直轴电感，P₁是定子的极对数，i_d,i_q分别是d轴、q轴的交直轴电流；

是电机转动的角加速度，是电机转动的角速度，B是转子的粘性阻尼系数；

减速器子系统动力学方程：

T_减速器是减速器的输出转矩，位是减速器的减速比，I_L是减速器输出端的转动惯量，μ是轮齿啮合摩擦系数；

尾桨子系统动力学方程：

J_尾桨是尾桨的转动惯量，T_负载是尾桨所受的负载，这里看成与尾桨平衡主旋翼的反扭矩M_K等同；

联立(1)(2)(3)式，最终整理后得综合的动力学方程，如公式(4)所示：

3.根据权利要求1所述的一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(b)具体是指：

将所述直升机电动尾部减速器系统分解为多个子系统，并由广义坐标向量q∈Rⁿ表示，则系统的广义速度向量为广义加速度向量为在无约束条件下，运动方程可表示为：

其中，t∈R是独立的时间变量，R是常数，M(q,t)＝M^T(q,t)∈R^n×n是质量矩阵，包括重力、外力和离心力；

最后，给出受约束系统的运动方程：

其中，为约束力；

那么受约束的机械系统运动方程，即U-K方程可以表示为如公式(7)所示，完成动力学建模：

其中，为的广义逆矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(c)具体是指：

进一步建立含有不确定性的动力学模型，如公式(8)所示，据此设立直升机电动尾部减速器系统的控制器：

其中，t∈R是独立的时间变量，q∈Rⁿ为系统的坐标向量，为系统的速度向量，为系统的加速度向量，系统的不确定参数，τ∈Rⁿ为系统控制输入；式中紧集但未知，象征着不确定性可能的界，M(q,σ,t)为系统的质量矩阵，为科氏力，G(q,σ,t)为重力；

设立所述控制器的自适应规律，所述自适应规律含有基于约束跟随控制的自适应鲁棒控制，如公式(9)所示：

其中，P₁、P₂、P₃分别为