[发明专利]一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法，包括以下步骤：(a)建立直升机电动尾部减速器的动力学模型；(b)利用Udwadia‑Kalaba(U‑K)方法简化动力学方程，完成动力学建模；(c)设计直升机电动尾部减速器系统控制器及其自适应规律；(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，由仿真效果调整直升机电动尾部减速器系统的控制器参数。本发明考虑外界不确定性的自适应鲁棒控制设计方法，通过控制系统设计，解决了轨迹跟踪控制。本发明的控制方法可以自我检测系统稳定性并能运行在不同计算性能控制平台上，适应性强。

技术领域

本发明属于航空自动化控制技术领域，具体涉及一种直升机电动尾部减速器系统的控制方法。

背景技术

由于汽油、柴油等化石燃料的大量开发和使用，在能源和环保的双重压力下，传统内燃机尤其是航空内燃机，因其碳排放量高、污染严重的原因，现各国都制定了相应的鼓励政策积极推动新能源产业的发展，航空电机以其越来越明显的优势正在快速发展。

直升机一般是静不稳定的，其飞行控制系统是一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统，再加上直升机尾桨本身的气动特性十分复杂，直升机在实际的机动飞行中也存在着诸多不确定因素，因此，在设计直升机电动尾桨控制器时，有必要使它对未知不确定性和外界干扰均具有很强的鲁棒性，以保证直升机飞行时的稳定和安全。

目前常用的机械系统建模方法主要有Newton-Euler方法、Lagrange方法、Kane方程以及其他利用约束动力学理论发展起来的建模方法。但这些方法存在操作困难或不可得到解析形式动力学方程的缺点，对于后期保证控制器的精度有较大的影响。1992年，美国南加州大学的Udwadia和Kalaba教授提出了一种简明的用于描述受约束系统的动力学建模方法，该方法称之为Udwadia-Kalaba(U-K)理论。

本发明采用一种针对机械系统的解析建模方法，该方法基于Udwadia-Kalaba(U-K)方程。该理论内容主要有以下三个主要方面：基于达朗贝尔原理和高斯定理，理论提出了理想约束条件下多体系统的基本运动方程；考虑到非理想约束系统不能满足达朗贝尔原理的情况，理论完善了多体系统的运动方程，增加了非理想约束力的解析表达式；针对系统质量矩阵奇异的情况，理论扩展了运动方程，使其能够解决质量矩阵奇异时运动方程无解的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

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，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。

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：