专利摘要
专利摘要
本发明提出了一种直升机减振装置及其控制方法。所述减振装置包括主减撑杆、第一测量元件、第二测量元件、控制器单元和主动控制力输出装置；通过第一测量元件、第二测量元件测量主减撑杆传递给所述机身的振动载荷信号和主动控制力输出装置的振动信号，通过控制器单元根据所述振动信号和所述振动载荷信号采用自适应前馈控制与反馈控制结合的方式控制所述主动控制力输出装置产生主动控制力，以消减机身振动载荷。本发明设置了主动控制力输出装置，通过驱动主动控制力输出装置实现传递至机身的旋翼‑主减动载荷的主动控制，克服了传统的主动控制直接驱动主减撑杆造成的控制性能差并增大旋翼‑主减系统的振动水平的技术缺陷，有效的降低了机身的振动水平。
权利要求
1.一种直升机减振装置，其特征在于，所述减振装置包括：
主减撑杆、第一测量元件、第二测量元件、控制器单元和主动控制力输出装置；
所述主减撑杆的一端铰接于直升机的主减速器，所述主减撑杆的另一端铰接于直升机的机身；
所述主动控制力输出装置与所述主减撑杆固定连接；
所述第一测量元件设置于所述主减撑杆与直升机的机身之间，并与所述控制器单元连接，所述第一测量元件用于测量所述主减撑杆传递给所述机身的振动载荷信号，并将所述振动载荷信号发送给所述控制器单元；
所述第二测量元件设置于所述主动控制力输出装置上，并与所述控制器单元连接，所述第二测量元件用于测量所述主动控制力输出装置的振动信号，并将所述振动信号输出给所述控制器单元；
所述控制器单元与所述主动控制力输出装置连接，用于根据所述振动信号和所述振动载荷信号采用自适应前馈控制与反馈控制结合的方式控制所述主动控制力输出装置产生主动控制力，以消减机身振动载荷。
2.根据权利要求1所述的直升机减振装置，其特征在于，所述控制器单元包括A/D转换器、数字信号处理器、D/A转换器和功率放大器；
所述A/D转换器分别与所述第一测量元件、第二测量元件和所述数字信号处理器连接；所述数字信号处理器与所述D/A转换器连接，所述D/A转换器与所述功率放大器连接，所述功率放大器与所述主动控制力输出装置连接。
3.根据权利要求2所述的直升机减振装置，其特征在于，所述控制器单元还包括信号调理器和滤波器；
所述信号调理器设置于所述第一测量元件、所述第二测量元件与所述A/D转换器之间，所述信号调理器的输入端分别与所述第一测量元件和所述第二测量元件连接，所述信号调理器的输出端与所述A/D转换器连接；
所述滤波器设置于所述D/A转换器与所述功率放大器之间。
4.根据权利要求1所述的直升机减振装置，其特征在于，所述主动控制力输出装置包括两个主动控制力输出子装置，所述第二测量元件包括两个第二测量子元件，两个所述主动控制力输出子装置以所述主减撑杆为轴心线对称布置；两个所述第二测量子元件分别设置于两个所述主动控制力输出子装置上。
5.根据权利要求4所述的直升机减振装置，其特征在于，所述主动控制力输出子装置包括固定支撑杆、压电驱动元件、弹簧片和质量块；
所述固定支撑杆的一端与所述主减撑杆的侧面固定连接，所述固定支撑杆与所述主减撑杆相互垂直；
所述压电驱动元件的一端与所述固定支撑杆的侧面连接，所述压电驱动元件的另一端与所述弹簧片的侧面连接；所述压电驱动元件与所述主减撑杆相互平行；
所述弹簧片的一端与所述之间支撑杆的侧面连接，所述弹簧片的另一端与所述质量块连接；所述弹簧片与所述主减撑杆相互垂直；
所述第二测量子元件设置于所述质量块上。
6.根据权利要求4所述的直升机减振装置，其特征在于，所述第二测量子元件为加速度传感器。
7.根据权利要求1所述的直升机减振装置，其特征在于，所述第一测量元件为力传感器。
8.一种直升机减振装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
获取主减撑杆传递给机身的振动载荷信号和主动控制力输出装置的振动信号；
根据所述振动信号确定反馈控制信号；
根据所述振动载荷信号和所述振动信号确定自适应前馈控制信号；
输出包括反馈控制信号和所述自适应前馈控制信号的主动振动控制信号，以控制所述主动控制力输出装置产生主动控制力，消减机身振动载荷。
9.根据权利要求8所述的直升机减振装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述振动信号确定反馈控制信号，具体包括：
利用反馈控制测量矩阵C
对所述振动加速度信号a进行积分处理得到速度信号v＝[v
根据所述速度信号v，利用公式
10.根据权利要求8所述的直升机减振装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述振动载荷信号和所述振动信号确定自适应前馈控制信号，具体包括：
利用自适应前馈控制测量矩阵测量两个第二测量子元件获得的振动信号的差值和所述振动载荷信号，得到差值信号e
根据所述差值信号e
其中，W(n)＝[W
X(n)＝[x(n) x(n-1) x(n-2)…x(n-N+1)]
说明书
技术领域
本发明涉及直升机振动主动控制技术领域，特别是涉及一种直升机减振装置及其控制方法。
背景技术
直升机飞行过程中，机体振动及舱内噪声非常严重，旋翼及主减动载荷是直升机机体振动及舱内噪声的最主要振源。直升机主减撑杆是直升机旋翼及主减动载荷传递至机身的必然路径，对主减撑杆施加控制是降低传递至机身的动载荷，降低机身振动及舱内噪声的有效措施。直升机主减撑杆等传力路径上的被动隔振措施如机械式动力反共振、液弹隔振器、节点梁式隔振等技术措施已成功应用于直升机振动控制，但被动控制技术附加重量大、减振频率窄，无法满足复杂条件、高性能控制要求。
与被动隔振相比，主动控制具有适应性强、隔振效果好、控制频带宽等优点，成为振动控制领域的重要发展方向。液压作动器和压电叠层作动器作为双点型作动器已被应用于驱动直升机主减撑杆实现旋翼动载荷控制，但直接驱动撑杆结构，对传力路径而言控制力表现为内力，控制性能差且高度依赖于旋翼-主减和机体结构的动力学特性，且在降低机体振动的同时有增大旋翼-主减系统的振动水平情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种直升机减振装置及其控制方法，以实现传递至机身的旋翼-主减动载荷的主动控制，克服传统的主动控制直接驱动主减撑杆造成的控制性能差并增大旋翼-主减系统的振动水平的技术缺陷，有效的降低机身的振动水平。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种直升机减振装置，所述减振装置包括：
主减撑杆、第一测量元件、第二测量元件、控制器单元和主动控制力输出装置；
所述主减撑杆的一端铰接于直升机的主减速器，所述主减撑杆的另一端铰接于直升机的机身；
所述主动控制力输出装置与所述主减撑杆固定连接；
所述第一测量元件设置于所述主减撑杆与直升机的机身之间，并与所述控制器单元连接，所述第一测量元件用于测量所述主减撑杆传递给所述机身的振动载荷信号，并将所述振动载荷信号发送给所述控制器单元；
所述第二测量元件设置于所述主动控制力输出装置上，并与所述控制器单元连接，所述第二测量元件用于测量所述主动控制力输出装置的振动信号，并将所述振动信号输出给所述控制器单元；
所述控制器单元与所述主动控制力输出装置连接，用于根据所述振动信号和所述振动载荷信号采用自适应前馈控制与反馈控制结合的方式控制所述主动控制力输出装置产生主动振动，以消减机身振动。
可选的，所述控制器单元包括A/D转换器、数字信号处理器、D/A转换器和功率放大器；
所述A/D转换器分别与所述第一测量元件、第二测量元件和所述数字信号处理器连接；所述数字信号处理器与所述D/A转换器连接，所述D/A转换器与所述功率放大器连接，所述功率放大器与所述主动控制力输出装置连接。
可选的，所述控制器单元还包括信号调理器和滤波器；
所述信号调理器设置于所述第一测量元件、所述第二测量元件与所述A/D转换器之间，所述信号调理器的输入端分别与所述第一测量元件和所述第二测量元件连接，所述信号调理器的输出端与所述A/D转换器连接；
所述滤波器设置于所述D/A转换器与所述功率放大器之间。
可选的，所述主动控制力输出装置包括两个主动控制力输出子装置，所述第二测量元件包括两个第二测量子元件，两个所述主动控制力输出子装置以所述主减撑杆为轴心线对称布置；两个所述第二测量子元件分别设置于两个所述主动控制力输出子装置上。
可选的，所述主动控制力输出子装置包括固定支撑杆、压电驱动元件、弹簧片和质量块；
所述固定支撑杆的一端与所述主减撑杆的侧面固定连接，所述固定支撑杆与所述主减撑杆相互垂直；
所述压电驱动元件的一端与所述固定支撑杆的侧面连接，所述压电驱动元件的另一端与所述弹簧片的侧面连接；所述压电驱动元件与所述主减撑杆相互平行；
所述弹簧片的一端与所述之间支撑杆的侧面连接，所述弹簧片的另一端与所述质量块连接；所述弹簧片与所述主减撑杆相互垂直；
所述第二测量子元件设置于所述质量块上。
可选的，所述第二测量子元件为加速度传感器。
可选的，所述第一测量元件为力传感器。
一种直升机减振装置的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
获取主减撑杆传递给所述机身的振动载荷信号和主动控制力输出装置的振动信号；
根据所述振动信号确定反馈控制信号；
根据所述振动载荷信号和所述振动信号确定自适应前馈控制信号；
输出包括反馈控制信号和所述自适应前馈控制信号的主动振动控制信号，以控制所述主动控制力输出装置产生主动振动，消减机身振动。
可选的，所述根据所述振动信号确定反馈控制信号，具体包括：
利用反馈控制测量矩阵Cb测量所述振动信号，获得振动加速度信号a＝[a31 a32]
对所述振动加速度信号a进行积分处理得到速度信号v＝[v31 v32]
根据所述速度信号v，利用公式 确定反馈信号Vfb，其中， 为控制反馈增益矩阵。
可选的，所述根据所述振动载荷信号和所述振动信号确定自适应前馈控制信号，具体包括：
利用自适应前馈控制测量矩阵测量两个第二测量子元件获得的振动信号的差值和所述振动载荷信号，得到差值信号e1＝a31-a32和振动载荷信号e2；其中，a31和a32分别为利用两个第二测量子元件获得的振动信号得到的振动加速度；
根据所述差值信号e1和所述振动载荷信号e2，利用公式Vff(n)＝W(n)
其中，W(n)＝[W1(n) W2(n)]
μi为自适应步长，当j＝1和2时，ej(n)分别表示第n个采样时刻的差值信号和振动载荷信号， 和 分别表示第n个、第n-1个、第n-2个和第n-N+1个采样时刻的差值参考信号和振动载荷参考信号经动力学模型后的滤波参考信号，N为控制器介数；
X(n)＝[x(n) x(n-1) x(n-2) … x(n-N+1)]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提出了一种直升机减振装置及其控制方法。所述减振装置包括主减撑杆、第一测量元件、第二测量元件、控制器单元和主动控制力输出装置；通过第一测量元件、第二测量元件测量主减撑杆传递给所述机身的振动载荷信号和主动控制力输出装置的振动信号，通过控制器单元根据所述振动信号和所述振动载荷信号采用自适应前馈控制与反馈控制结合的方式控制所述主动控制力输出装置产生主动振动，以消减机身振动载荷。本发明设置了主动控制力输出装置，通过驱动主动控制力输出装置实现传递至机身的旋翼-主减动载荷的主动控制，克服了传统的主动控制直接驱动主减撑杆造成的控制性能差并增大旋翼-主减系统的振动水平的技术缺陷，有效的降低了机身的振动水平。而且本发明采用自适应前馈控制与反馈控制结合的方式控制所述主动控制力输出装置产生主动控制力，有效提高了主动主减撑杆的主动控制力输出装置的动力学性能和控制器单元控制过程的收敛性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种直升机减振装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种直升机减振装置的控制器单元的结构示意图；
图3为本发明提供的一种直升机减振装置的控制方法的流程图；
图4为本发明提供的一种直升机减振装置的控制方法的原理图；
图1-4中，1为主减撑杆，21和23分别为两个主动控制力输出子装置的弹簧片，22和24分别为两个主动控制力输出子装置的质量块，41和42分别为两个主动控制力输出子装置的压电驱动元件，51和52分别为两个主动控制力输出子装置的固定支撑杆，31和32分别为两个第二测量子元件，33为第一测量元件，6为控制器单元，61为信号调理器，62为A/D转换器、63为数字信号处理器，64为D/A转换器，65为滤波器，66为功率放大器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种直升机减振装置及其控制方法，以实现传递至机身的旋翼-主减动载荷的主动控制，克服传统的主动控制直接驱动主减撑杆造成的控制性能差并增大旋翼-主减系统的振动水平的技术缺陷，有效的降低机身的振动水平。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以水稻为例，对本发明的农作物产量预测方法及系统进行详细的介绍，但是本发明的农作物产量预测方法并不仅仅应用于水稻的产量的预测。
如图1所示，本发明提供一种直升机减振装置，所述减振装置包括：
主减撑杆1、第一测量元件33、第二测量元件(包括两个测量子元件31和32)、控制器单元6和主动控制力输出装置；
所述主减撑杆1的一端(A端)铰接于直升机的主减速器，所述主减撑杆1的另一端(B端)铰接于直升机的机身；
所述主动控制力输出装置与所述主减撑杆1固定连接；
所述第一测量元件33设置于所述主减撑杆1与直升机的机身之间，并与所述控制器单元6连接，所述第一测量元件33用于测量所述主减撑杆1传递给所述机身的振动载荷信号，并将所述振动载荷信号发送给所述控制器单元6；
所述第二测量元件设置于所述主动控制力输出装置上，并与所述控制器单元6连接，所述第二测量元件用于测量所述主动控制力输出装置的振动信号，并将所述振动信号输出给所述控制器单元6；
所述控制器单元6与所述主动控制力输出装置连接，用于根据所述振动信号和所述振动载荷信号采用自适应前馈控制与反馈控制结合的方式控制所述主动控制力输出装置产生主动振动，以消减机身振动载荷。
所述主动控制力输出装置包括两个主动控制力输出子装置，所述第二测量元件包括两个第二测量子元件31和32，两个所述主动控制力输出子装置以所述主减撑杆1为轴心线对称布置；两个所述第二测量子元件31和32分别设置于两个所述主动控制力输出子装置上。所述主动控制力输出子装置包括固定支撑杆51或52、压电驱动元件41或42、弹簧片21或23和质量块22或24；所述固定支撑杆51或52的一端与所述主减撑杆1的侧面固定连接，所述固定支撑杆51或52与所述主减撑杆1相互垂直；所述压电驱动元件41或42的一端与所述固定支撑杆51或52的侧面连接，所述压电驱动元件41或42的另一端与所述弹簧片21或23的侧面连接；所述压电驱动元件41或42与所述主减撑杆1相互平行；所述弹簧片21或23的一端与所述之间支撑杆的侧面连接，所述弹簧片21或23的另一端与所述质量块22或24连接；所述弹簧片21或23与所述主减撑杆1相互垂直；所述第二测量子元件31或32设置于所述质量块22或24上。具体的，压电驱动元件41与弹簧片21相连，压电驱动元件42与弹簧片23相连，控制器单元6对压电驱动元件41和42施加控制电压，激励弹簧片21和23，驱动质量块22和24运动，产生于撑杆方向的主动惯性力。其中，所述第二测量子元件31、32为加速度传感器。所述第一测量元件33为力传感器。所述压电驱动元件41、42为压电叠层作动器。
如图2所示，所述控制器单元6包括A/D转换器62、数字信号处理器63、D/A转换器64和功率放大器66；所述A/D转换器62分别与所述第一测量元件33、第二测量元件和所述数字信号处理器63连接；所述数字信号处理器63与所述D/A转换器64连接，所述D/A转换器64与所述功率放大器66连接，所述功率放大器66与所述主动控制力输出装置连接。所述控制器单元6还包括信号调理器61和滤波器65；所述信号调理器61设置于所述第一测量元件33、所述第二测量元件与所述A/D转换器62之间，所述信号调理器61的输入端分别与所述第一测量元件33和所述第二测量元件连接，所述信号调理器61的输出端与所述A/D转换器62连接；所述滤波器65设置于所述D/A转换器64与所述功率放大器66之间。第二测量子元件31、32和第一测量元件33测得的振动信号和振动载荷信号经信号调理器61的放大和滤波后，由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，数字信号处理器63实现控制算法产生控制信号，经由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，模拟信号经功率放大器放大后产生用于驱动压电叠层作动器的控制电压。
数字信号处理在产生控制信号时需要参考信号7，参考信号器7包含通过主减撑杆传递动载荷的谐波频率信息。参考信号一种方式可以测量旋翼转速和主减速器振动信号，直接作为输入信号输入控制器单元；另一种方式可通过对旋翼转速和主减振动信号的分析，由数字信号处理器产生包含关注控制频率的谐波信号。
如图3和4所示，本发明还提供一种直升机减振装置的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
步骤301，获取主减撑杆传递给所述机身的振动载荷信号和主动控制力输出装置的振动信号；
假设，d为无控时通过主减撑杆传递的动载荷及在动载荷激励下的质量块速度响应；y为主动控制产生的通过撑杆传递的动载荷及质量块速度响应；则，e＝d-y即为主动主减撑杆传递至机体的动载荷和主动控制力输出装置的振动，在本发明中主动控制作用力包括第一测量元件(力传感器)33测得的振动载荷(振动载荷信号)f33及质量块的振动加速度信号(反馈控制测量矩阵测量振动信号)a31和a32。
步骤302，根据所述振动信号确定反馈控制信号；具体包括：
利用反馈控制测量矩阵Cb测量所述振动信号，获得振动加速度信号a＝[a31 a32]
对所述振动加速度信号a进行积分处理得到速度信号v＝[v31 v32]
根据所述速度信号v＝[v31 v32]
步骤303，根据所述振动载荷信号和所述振动信号确定自适应前馈控制信号；具体包括：
利用自适应前馈控制测量矩阵测量两个第二测量子元件获得的振动信号的差值和所述振动载荷信号，得到差值信号e1＝a31-a32和振动载荷信号e2；其中，a31和a32分别为利用两个第二测量子元件获得的振动信号得到的振动加速度；
根据所述差值信号e1和所述振动载荷信号e2，利用公式Vff(n)＝W(n)
其中，W(n)＝[W1(n) W2(n)]
μi为自适应步长，当j＝1和2时，ej(n)分别表示第n个采样时刻的差值信号和振动载荷信号， 和 分别表示第n个、第n-1个、第n-2个和第n-N+1个采样时刻的差值参考信号和振动载荷参考信号经动力学模型后的滤波参考信号，N为控制器介数；Wi(n)＝[wi1(n) wi2(n)wi3(n) … wiN(n)]
X(n)＝[x(n) x(n-1) x(n-2) … x(n-N+1)]
振动载荷本发明的主动控制力输出装置的压电驱动元件为压电叠层作动器，假设P为压电叠层作动器控制电压信号至传感器测得振动信号的物理传递通道，本发明中的 为P的动力学模型。
步骤304，输出包括反馈控制信号和所述自适应前馈控制信号的主动振动控制信号，以控制所述主动控制力输出装置产生主动控制力，消减机身振动载荷。
本发明有效利用压电驱动元件的高驱动性能和弹簧-质量系统低刚度和高动态放大特性，并基主减撑杆的结构特征及动力学特性，设计了自适应前馈-速度反馈复合控制器单元，实现传递至机身的旋翼-主减动载荷控制，降低机身振动水平。与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明可实现传递至机身的旋翼-主减动载荷有效控制，降低机身振动水平。
(2)本发明的控制性能独立于撑杆结构、主减-旋翼系统、机体结构等的结构动力学特性，具有广泛的适应性。
(3)本发明可以实现宽频率多谐波控制，并且可以针对某重点关注频率带通过调整主动控制力输出装置，利用其动态放大特性提高关注频率带的振动控制能力。
(4)本发明通过自适应前馈-速度反馈复合控制，有效提高主动主减撑杆的动力学特性和控制系统的收敛性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种直升机减振装置及其控制方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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