[发明专利]一种基于扩散协作策略的分布式主动振动抑制方法

说明书

本发明提供一种基于扩散协作策略的分布式主动振动抑制方法，解决了传统集中式算法在主动振动抑制中运算量庞大和减振效果下降及物理不可实现的问题，包括：在受控对象的待减振位置上布置控制节点；量化不同控制节点间的次级通道耦合程度以获得控制网络拓扑结构；基于控制网络拓扑结构，采用扩散协作策略更新控制节点的控制权向量并基于控制权向量计算各控制节点的作动力；控制节点的作动力经次级通道引起的次级响应与待减振位置处的期望信号进行叠加，实现抑制待减振位置处的振动。本发明降低了实际应用系统数据传输所消耗的通信资源并降低了算法的运算量，提高了收敛速度和鲁棒性，且主动振动控制系统的规模越大该扩散算法的优势越明显。

技术领域

本发明属于振动控制领域，具体涉及一种基于扩散协作策略的分布式主动振动抑制方法。

背景技术

直升机飞行时机体振动水平高严重影响了机乘人员的舒适性和工作效率，并降低结构的疲劳寿命与机械设备的可靠性，严重时会引起精密设备的失效，进而给直升机的飞行安全带来隐患。研究资料表明，40％的直升机事故都与振动有关。因此，必须采取一定的措施来控制直升机的振动水平，使其降低到用户可接受的水平，这也成为现代直升机研制过程中最为关键的技术问题之一。

目前，直升机振动控制措施主要分为被动控制方法和主动控制方法两大类。传统的吸振、隔振等被动振动控制方法陆续应用到直升机上，减振效果比较明显，但其引起的增重问题也日益突出。随后出现了更具优势的直升机主动振动控制方法，包括：高阶谐波控制、独立桨叶控制、主动控制襟翼、结构响应主动控制(Active Control of StructuralResponse,ACSR)等。其中由欧洲Westland公司于80年代提出的ACSR技术由于减振效果好、功耗低、系统重量代价低、适应性强和易于工程实现等显著优点，成为了最具发展潜力的直升机振动主动控制技术，已在国内外多款直升机型号上得到了正式装备。

常规直升机的ACSR技术通常仅关注驾驶员和乘员座椅附近少数位置的振动水平，主动控制系统规模普遍不大。如：UH-60M直升机的ACSR系统采用了3套作动器和5个反馈控制点，即控制规模为五入三出(5×3)；EC225/EC725的直升机ACSR系统采用了两套作动器来控制座舱内四个控制点的振动水平，即控制规模为4×2。

随着高速直升机、倾转旋翼机等新构型直升机的快速发展，除驾驶员和乘员座椅附近少数位置外，仪表板、主减和尾梁等处的振动水平也日益受到关注。Sikorsky公司采用规模为10×6的ACSR技术解决了X2高速直升机大速度前飞时机体振动大的问题，X2高速直升机控制规模明显比UH-64M和EC225/EC725的控制规模大。由此可见，待减振位置多、分布区域跨度大将成为新构型直升机ACSR技术的新特点。

随着控制系统规模的进一步增大，次级通道数量也急剧增加，导致传统集中式多通道算法靠单个处理器在工程上将无法实现。此外，集中式算法要考虑所有次级通道的耦合，最优控制参数取值困难常使得控制效果变差。这些不利因素对目前ACSR技术用于直升机大规模主动振动控制系统而言是灾难性的。

发展主动振动控制(Active Vibration Control,AVC)领域的分布式算法是解决当前ACSR技术应用于直升机多区域、大跨度系统减振的关键。目前已有的分布式算法采用分散式解耦控制方法，其将多通道系统的每个通道看成是独立的控制回路，忽略实际次级通道的耦合作用。该方法复杂程度低、易于工程实现，但由于简单粗暴忽略了所有次级通道的耦合作用，使得控制算法沿着错误的方向收敛，最终导致控制系统发散。因此，该分布式算法仅适用于完全没有耦合的系统，实际物理结构难以满足该要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种采用扩散协作策略的方式考虑不同控制节点间次级通道耦合情况的基于扩散协作策略的分布式主动振动抑制方法，解决了传统集中式算法应用于新构型直升机多区域、大跨度系统主动振动抑制面临的运算量庞大和减振效果下降及物理不可实现的工程难题。

本发明提出的技术方案如下：