【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞机驾驶，具体是一种抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法及系统。
技术介绍
1、为了更加有效地利用驾驶舱资源，改善驾驶员视野，国内外先进民机和军机常采取侧杆作为驾驶舱手操纵机构，但该型式切断了驾驶员与飞机舵面之间的机械连接，使驾驶员丧失了对舵面的气动特性感知能力。因此，传统的侧杆(称为被动侧杆)常采取弹簧载荷机构以模拟空气动力的作用和变化，但存在难以精确模拟飞机多构型下的杆力-杆位移特性、侧杆操纵行程小难以实现双侧杆机械联动等技术问题，在复杂飞行环境下甚至会影响飞机的操纵安全。
2、针对上述问题，出现了根据飞机状态信息来控制人感系统特性的主动侧杆解决方案，主动侧杆的实现基础是电机的伺服驱动技术，在人机系统交互中，驾驶员对力的感觉是非常自然、迅速的。主动侧杆伺服系统一般基于传统的专家pid(proportional-integral-derivative control)控制方法进行实现，具有结构简单，可靠性高的优势。
3、然而在高负荷状态下，由于操纵机构的惯性作用以及系统中存在的时变非线性等因素，驾驶员通过主动侧杆操纵飞机时，主动侧杆将处于主动模式下，在主动模式下，主动侧杆受到强位置扰动、操纵机构的惯性作用和系统中存在的时变非线性等因素影响，在操纵启动时、杆力梯度快速变化以及换向操纵时会出现多余力的现象，进而导致驾驶员在主动侧杆操纵的过程中会出现抖杆打手现象，多余力的现象使得传统的专家pid伺服控制系统存在易受参数变化和外界干扰的影响，鲁棒性不强的问题，难以满足变负荷的条件下，高精度伺服跟踪
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法及系统，利用系统的闭环控制，提高系统的控制精度，抑制主动侧杆力伺服过程中产生的多余力现象，进而给驾驶员提供一种自然的、可变的力反馈，以此让驾驶员可以通过这种力反馈感受到飞机的飞行状态，增强人机交互性，提升驾驶品质。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，包括以下步骤：
4、获取主动侧杆推动的偏转角度；
5、根据偏转角度确定理想杆力；
6、根据理想杆力确定软化后的理想杆力；
7、获取主动侧杆的实际杆力，将获得的实际杆力与软化后的理想杆力作差，将作差生成的偏差值作为输入信号，经过杆力闭环滑模控制，输出第一参考指令信号；
8、将输出的所述第一参考指令信号与反馈的电机的转速信号作差，将作差生成的偏差值作为输入信号，经过速度闭环滑模控制，输出第二参考指令信号；
9、将输出的所述第二参考指令信号与反馈的电机的电流信号作差，将作差生成的偏差值输入电流控制器，电流控制器输出控制信号；
10、将输出的所述控制信号转化为电机的驱动信号，电机按照所述驱动信号运行。
11、优选的，作为本专利技术的进一步改进，所述根据偏转角度确定理想杆力的过程通过杆力杆位移曲线计算实现，所述杆力杆位移曲线由下式决定：
12、
13、式中，f*为主动侧杆理想杆力，θ为主动侧杆的偏转角度。
14、利用下式对理想杆力进行软化处理：
15、
16、式中，f1(s)为软化后的理想杆力的拉普拉斯变换，f*(s)为主动侧杆理想杆力的拉普拉斯变换，t为时间常数，s为拉普拉斯变换中的复频域变量。
17、优选的，作为本专利技术的进一步改进，所述杆力闭环滑模控制的控制律为：
18、
19、其中，u1为杆力闭环滑模控制的输出，x1＝f1-f，f1为软化后的理想杆力，f为实际杆力，c1为滑模面调节参数，ε1和q1为趋近律参数；
20、定义滑模切换函数为：s1＝c1x1+x2，直线s1＝0为切换线，状态x在切换线来回滑动，切换线两侧满足条件以保证在切换线s1＝0的任何一侧的领域中，状态x的运动都朝向切换线，收敛速度取决于c1值。
21、优选的，作为本专利技术的进一步改进，所述速度闭环滑模控制的控制律为：
22、
23、其中，u2为速度闭环滑模控制的输出，x3＝ω*-ω，ω*为理想速度，ω为实际速度，其中kt为电机的转矩系数，j为电机的等效转动惯量，c2为滑模面调节参数，ε2和q2为趋近律参数；
24、定义滑模切换函数为：s2＝c2x3+x4，直线s2＝0为切换线，状态x在切换线来回滑动，切换线两侧满足条件s2s&2≤0，以保证在切换线s2＝0的任何一侧的领域中，状态x的运动都朝向切换线，收敛速度取决于c2值。
25、优选的，作为本专利技术的进一步改进，控制律基于指数趋近律设计，所述指数趋近律为：s&＝-εsgn(s)-qs，其中ε和q为趋近律参数，且ε＞0，q＞0。
26、本专利技术还公开了一种控制系统，用于实现上述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，所述控制系统包括：
27、数据获取单元，包括位置传感器、杆力传感器、速度传感器和电流传感器，所述位置传感器用于检测主动侧杆推动的偏转角度，所述杆力传感器用于实时采集并反馈驾驶员操作侧杆时所感受到的实际杆力，所述速度传感器用于检测并反馈电机中的转速，所述电流传感器用于检测并反馈电机中的电流；
28、飞控计算机，内部设有指令生成器和指令软化器，所述指令生成器用于将位置传感器检测到的主动侧杆推动的偏转角度转换为理想杆力，所述指令软化器用于软化生成的理想杆力；
29、数据处理单元，包括杆力滑模控制器、速度滑模控制器和电流控制器，所述杆力滑模控制器用于接收实际杆力与软化后的理想杆力作差生成的偏差值，经过处理后输出速度滑模控制器的参考指令信号，所述速度滑模控制器用于接收输出的速度滑模控制器的参考指令信号与反馈的电机转速信号作差生成的偏差值，经过处理后输出电流控制器的参考指令信号，所述电流控制器用于接收将输出电流控制器的参考指令信号与反馈的电机电流信号作差生成的偏差值，经过处理后输出控制信号；
30、信号转化单元，为逆变器，用于将输出的所述电流控制器输出的控制信号转化为电机的驱动信号；
31、力反馈执行机构，包括电机和机械传输机构，所述机械传输机构为齿轮箱和传动轴，所述电机的输出轴与传动轴的一端连接，传动轴的另一端与齿轮箱的输入端连接，齿轮箱的输出端与主动侧杆手柄连接。
32、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
33、1、以滑模控制理论为核心设计了一套主动侧杆杆力伺服控制方法，该方法具有良好的动态性能和鲁棒性，利用闭环滑模控制，消除累积误差，提高控制精度，能够抑制主动侧杆力伺服过程中产生的多余力现象，进而给驾驶员提供一种自然的、可变的力反馈，以此让驾驶员可以通过这种力反馈感受到飞机的飞行状态本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，所述根据偏转角度确定理想杆力的过程通过杆力杆位移曲线计算实现，所述杆力杆位移曲线由下式决定：
3.根据权利要求2所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，利用下式对理想杆力进行软化处理：
4.根据权利要求2所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，所述杆力闭环滑模控制的控制律为：
5.根据权利要求4所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，所述速度闭环滑模控制的控制律为：
6.根据权利要求5所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，控制律基于指数趋近律设计，所述指数趋近律为：s&＝-εsgn(s)-qs，其中ε和q为趋近律参数，且ε＞0，q＞0。
7.一种控制系统，其特征在于，用于实现如权利要求1-6中任意一项所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，所述控制系统包括：
【技术特征摘要】
1.一种抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，所述根据偏转角度确定理想杆力的过程通过杆力杆位移曲线计算实现，所述杆力杆位移曲线由下式决定：
3.根据权利要求2所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，利用下式对理想杆力进行软化处理：
4.根据权利要求2所述的抑制主动侧杆多余力的杆力伺服控制方法，其特征在于，所述杆力闭环滑模控制的...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱岳恒，冯卓，李来福，王泽群，安建佳，薛亮，杨士斌，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。