[发明专利]一种基于自适应动态规划的直升机智能减振方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应动态规划的直升机智能减振方法，具体步骤如下：步骤S1：设计对随机时延进行预测补偿的史密斯预测器；步骤S2：收集经验样本得到经验样本池；步骤S3：设计基于数据驱动的自适应动态规划减振控制器；步骤S4：通过经验样本池中的数据进行迭代循环直至自适应动态规划减振控制器收敛，自适应动态规划减振控制器的控制输出进行谐波调制后作为主动控制执行器的控制信号进行减振控制。采用上述一种基于自适应动态规划的直升机智能减振方法，克服了模型依赖、扰动复杂以及时延问题，实现了旋翼系统快速稳定减振。

技术领域

本发明涉及直升机主动减振控制技术领域，尤其是涉及一种基于自适应动态规划的直升机智能减振方法。

背景技术

直升机升降对于场地要求较小，同时其特有的旋翼结构可以使其完成空中悬停、贴地飞行、向后飞行等高难度机动动作，另外，直升机还拥有重型货物运输能力。这些特点使得直升机在地质勘探、水电建设、交通管理以及抢险救灾等任务上能够发挥重大作用。然而，也正是由于旋翼以及传动系统的存在，现代直升机在工作过程中不可避免的受到振动困扰，如何降低振动也成为了新一代直升机性能提升所关注的热点方向。直升机建模困难、机上计算资源有限、信号传输延迟等特点决定了直升机主动振动控制方法不仅要具备一般振动控制的稳定性以及鲁棒性要求，还必须具有模型依赖小、在线应用简单、时延预测补偿等特点。直升机振动以及其引发的后续影响会从人员状态、飞行性能和飞行安全等方面造成不良后果，尤其是主旋翼周期性旋转引发的驾驶舱强烈垂向振动，不仅会加剧机组人员的疲劳状态，还可能导致重要部件的磨损、机翼失速等严重后果，形成重大安全隐患，危害机组人员以及直升机本身的安全。因此，研究直升机减振控制方法，对直升机的安全可靠运行、延长直升机使用寿命、预防重大事故发生具有十分重要的意义。

然而，由于直升机工作环境中的各种未知干扰因素较多，而且随着弹性材料的应用，直升机结构日益复杂，因此传统减振控制方法建模误差以及外界扰动较大或信号传输延迟时难以实现预期效果。目前，针对带扰动的直升机减振问题，基于混合灵敏度H无穷的控制方法应用最为广泛，通过调整控制输入权重和控制目标权重设计外界干扰下的混合灵敏度函数，并求解由灵敏度函数组成的闭环传递函数集的无穷范数，得到综合考虑下的H无穷控制器参数，实现鲁棒减振控制的目的。然而，基于现有理论方法进行直升机减振控制器设计时，存在的不足主要体现在以下几个方面：

(1)大部分研究者主要针对确定的直升机型号进行研究，所设计的控制律需要提前知道直升机系统的精确动力学参数，但动力学模型由于弹性项忽略、旋翼高阶模态不可测以及飞行环境变化等原因会不可避免的产生误差和变化，因此基于模型的传统减振控制方法在较大建模误差时控制效果下降。

(2)传统减振方法均需要在设计过程中进行大量参数的设置或在线过程中进行复杂运算，如混合灵敏度的H无穷方法中需要手动调节期望带宽、稳定裕度以及鲁棒性相关参数并计算范数集合等，这也提高了对控制器计算能力的要求以及增加了现场修改和调试的困难性。

(3)现有的减振控制均没有考虑信号处理、传输距离、执行器动作等带来的控制器接收信号延迟的影响，由于旋翼转动一圈的速度在毫秒级，忽略信号延迟可能导致减振控制失效甚至反向增大的严重后果。

因此，亟需设计一种在考虑扰动以及时延的情况下的智能减振控制方法，解决减振控制方法的模型依赖、调节困难、忽略延迟等问题，弥补现有方法的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自适应动态规划的直升机智能减振方法，克服了模型依赖、扰动复杂以及时延问题，实现了旋翼系统快速稳定减振。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于自适应动态规划的直升机智能减振方法，具体步骤如下：

步骤S1：设计对随机时延进行预测补偿的史密斯预测器；

步骤S2：收集经验样本得到经验样本池；

步骤S3：设计基于数据驱动的自适应动态规划减振控制器；