[发明专利]一种防止信号突变的步进式控制方法、控制器及工作方法

说明书

本发明公开了一种防止信号突变的步进式控制方法、控制器及工作方法。对控制信号的状态改变时电压是否阶跃进行实时判断；当电压阶跃时自动修改实时信号的状态为步进状态，避免阶跃电压可能对驱动器压电叠堆造成损坏。本发明解决了偏置电压信号+正弦信号混合指令信号的时域逐点开环控制和闭环控制中可能出现的1阶不可导或不连续的问题，防止驱动器在恶劣环境下出现阶跃响应引起驱动器损坏。

技术领域

本发明属于直升机驱动器伺服控制技术领域，涉及一种防止信号突变的步进式控制方法、控制器及工作方法。

背景技术

主动控制后缘襟翼(ACF)旋翼是一种新兴的、极具应用前景的直升机振动主动控制技术，受到直升机届的广泛关注。ACF旋翼是在直升机旋翼桨叶的后缘上附加可以按给定规律作偏转运动的襟翼，通过对襟翼的控制来改变旋翼的气动力，从而减小桨毂交变载荷，达到降低机体振动水平的目的。在ACF旋翼的研究中，智能材料驱动器的研究是关键问题之一,智能材料驱动器的形式很多，其中基于压电材料的压电驱动器如X型、菱形压电叠堆驱动器实现了全尺寸装机飞行演示验证。

在ACF旋翼应用中，压电驱动器通常安装在桨叶0.7R附近，在驱动后缘襟翼挥舞运动的同时，还需承受桨叶的挥舞、摆振、扭转运动引起的3个方向的加速度以及旋翼旋转引起的巨大的离心力，因此压电驱动器生产厂商通过会给出一些使用要求，其中几条关键要求如下：

1)在离心力条件下，建议偏置电压信号采用爬升速度不大于xxV/s的斜坡信号。

2)对组合电压信号(偏置电压+正弦信号)，指令信号应满足1阶可导且连续的要求。

当指令信号不满足1阶可导且连续的要求时，其FFT变换包含高频成分，这些频率可能使驱动器产生损坏，特别是当它与共振频率重合时。

后缘襟翼驱动器的控制信号可以用一系列谐波来表示：

上式中Ω表示旋翼角速度，u_offset表示偏置电压，n表示n/rev谐波，

由于压电驱动器的工作电压范围常常偏向一侧，如-20～150V，因此在驱动压电驱动器按正弦信号激励时必须首先施加一个合适的偏置电压，因此在偏置电压的开始和结束时若不施加措施，则可引起驱动器的阶跃响应，严重的可能对压电叠堆造成损坏。

此外，因压电材料迟滞效应的存在，以及ACF旋翼不同桨叶后缘襟翼的协调控制，一般需要对压电驱动器施加伺服补偿控制，然而由于旋翼的挥摆扭运动，导致压电驱动器-后缘襟翼的反馈信号(驱动器位移、后缘襟翼角度等)即使在无控时也处在时刻变化中，使得闭环控制器在结束控制时输出的指令信号很难回到“0”，因此在闭环控制的结束阶段很容易出现阶跃，导致输出的指令信号不满足1阶可导且连续的要求。

后缘襟翼控制系统通常包含两层控制器，外层为任务控制器，如减振、降噪，内层为驱动器伺服补偿控制器，因此指令信号通常存在如下几种工况：

Case1：外层开环+内层开环

Case2：外层开环+内层闭环

Case3：外层闭环+内层闭环

Case4：外层闭环+内层开环

典型的驱动器期望指令信号如下所示，通常包含如下几个阶段：

1)偏置电压

2)偏置电压+正弦信号

3)偏置电压

4)结束控制，指令回0。

其包含的几个不满足1阶可导且连续，可能使驱动器受到损坏的几个危险点如图3、4中红圈标注所示。