变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法。本发明专利技术在所述变旋翼转速飞行器的发动机闭环控制系统中的动力涡轮转速反馈通道中串接一个由最小均方差LMS自适应滤波器所构成的自适应扭振滤波器，利用该自适应扭振滤波器滤除动力涡轮转速反馈信号中的扭振信号。本发明专利技术还公开了一种变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制装置。本发明专利技术能够有效解决变旋翼转速时针对单一扭振频率的常规线性时不变陷波滤波器不再适用的情况，很好地抑制变转速条件下所有扭振频率对应的扭振分量，具有显著的自适应扭振抑制能力。

【技术实现步骤摘要】
变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法及装置
本专利技术涉及航空宇航推进
，尤其涉及一种变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法。
技术介绍
旋翼飞行器是一个多自由度、强耦合的复杂动力学系统，可将其划分为旋翼飞行器飞行力学系统、机械传动系统、发动机及其控制系统等等。自从20世纪50年代开始，涡轴发动机就凭借其重量轻、体积小、功重比大、振动小、容易操作等突出优点，成为旋翼飞行器主要的动力装置。涡轮轴发动机通过动力涡轮，并由减速器及传动轴等组成的传动系统驱动旋翼和尾桨，这些高速旋转的传动部件联系在一起形成了机械传动系统，称为旋翼飞行器动力传动链，或称扭矩传递系统。旋翼飞行器传动链的扭转弹性特性不仅影响到旋翼飞行器飞行品质，也对发动机稳定工作产生很大影响。其中旋翼飞行器传动链的扭振模态对系统影响最大，其大小主要是由旋翼转子摆振惯量以及发动机、传动系统转动惯量，并通过传动轴以及摆振铰处旋翼旋转当量阻尼、刚度的交互影响来决定。为了达到优良的机动飞行品质，现代旋翼飞行器普遍采用响应更为迅捷的涡轴发动机，造成旋翼飞行器动力传动链的扭振频率往往落入发动机系统响应带宽内，因此，若控制系统设计不当，则易产生系统扭振不稳定问题，并有可能形成剧烈的自激振动，造成灾难性后果。为了适应现代旋翼飞行器发展的要求，其动力装置-涡轴发动机的控制目标一般是在抑制系统扭振(旋翼/传动/发动机的机械共振)的前提下，实现动态过程中输出扭矩的快速响应以及稳态运行的经济性。因此，作为抑制扭振耦合的环节，涡轴发动机控制系统中必备有扭振滤波器。目前的旋翼飞行器基本采用定旋翼转速技术，定转速运行弱化了旋翼飞行器各系统间的耦合，使得与扭振相关的结构动力学方面的研究，或者偏重于旋翼本体气弹结构，或者单一地针对机械传动系统。由于定转速时动力传动链的扭振频率可离线确定，使得常系数扭振滤波器变得易于设计，此时在发动机燃油控制系统中串接陷波滤波器可以有效地滤除设计点的低阶扭振信号，但对高阶扭振频率作用有限，因此常规的陷波滤波器需和低通滤波器组合形成有效的扭振滤波器。随着旋翼飞行器、发动机设计技术的迅速发展，以往制约变旋翼转速技术实施的技术瓶颈正在逐步消除。最新研究表明，变旋翼转速飞行器与发动机综合控制可以显著提高旋翼飞行器的机动性、灵活性，还可以降低噪声、减小发动机油耗等，变旋翼转速带来的工程收益是十分明显的。因此，变旋翼转速控制已经成为未来旋翼飞行器的必然发展方向。但是对于涡轴发动机而言，变旋翼转速也带来了亟需解决的控制问题：由于旋翼转速不再固定而是大范围变化，使得摆振当量阻尼和刚度均发生相应变动，带来系统机械扭振基频的显著改变。此时，针对单一扭振频率的常规线性时不变陷波滤波器不再适用。因此为了更有效地抑制系统扭振，需要设计具有自适应能力的高品质扭振滤波器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有定旋翼转速飞行器扭振抑制技术的不足，提供一种变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法及装置，能够有效解决变旋翼转速时针对单一扭振频率的常规线性时不变陷波滤波器不再适用的情况，很好地抑制变转速条件下所有扭振频率对应的扭振分量，具有显著的自适应扭振抑制能力。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法，在所述变旋翼转速飞行器的发动机闭环控制系统中的动力涡轮转速反馈通道中串接一个由最小均方差LMS自适应滤波器所构成的自适应扭振滤波器，利用该自适应扭振滤波器滤除动力涡轮转速反馈信号中的扭振信号。进一步地，所述自适应扭振滤波器的输出表达式具体如下：其中，Np(n)是自适应扭振滤波器输出信号，代表滤波后的动力涡轮转速信号；是掺杂扭振信号的动力涡轮转速反馈信号，w(n)为按照下式进行迭代更新的权系数：μ为步长因子；e(n)为Npr(n)与Np(n)的误差，Npr(n)为参考信号；M为自适应扭振滤波器的阶数；n代表采样时刻。优选地，阶数M为6，步长因子μ为0.01。优选地，所述变旋翼转速飞行器通过设置在定转速发动机与飞行器之间的无级变速传动机构来实现变旋翼转速。根据相同的专利技术思路还可以得到以下技术方案：变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制装置，所述装置包括串接在所述变旋翼转速飞行器的发动机闭环控制系统中的动力涡轮转速反馈通道中的一个由最小均方差LMS自适应滤波器所构成的自适应扭振滤波器，用于滤除动力涡轮转速反馈信号中的扭振信号。进一步地，所述自适应扭振滤波器的输出表达式具体如下：其中，Np(n)是自适应扭振滤波器输出信号，代表滤波后的动力涡轮转速信号；是掺杂扭振信号的动力涡轮转速反馈信号，w(n)为按照下式进行迭代更新的权系数：μ为步长因子；e(n)为Npr(n)与Np(n)的误差，Npr(n)为参考信号；M为自适应扭振滤波器的阶数；n代表采样时刻。优选地，阶数M为6，步长因子μ为0.01。优选地，所述变旋翼转速飞行器通过设置在定转速发动机与飞行器之间的无级变速传动机构来实现变旋翼转速。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：针对单一扭振频率的常规线性时不变陷波滤波器无法适用于变旋翼转速飞行器扭振抑制的问题，本专利技术利用最小均方差(LMS)自适应滤波器构建了自适应扭振滤波器，可很好地抑制变转速条件下所有扭振频率对应的扭振分量，具有显著的自适应扭振抑制能力。附图说明图1是常规直升机/涡轴发动机控制结构图；图2是变传动比直升机/涡轴发动机综合控制结构图；图3是LMS自适应滤波器原理图；图4是定旋翼转速下，LMS自适应滤波前后Np响应曲线；图5是定旋翼转速下，LMS自适应滤波前后Wfb变化曲线；图6是定旋翼转速下，LMS自适应滤波前后ΩMR变化曲线；图7是定旋翼转速下，LMS自适应滤波前后Np离散傅里叶变化幅频变化曲线；图8是无级变速传动指令；图9是变旋翼转速下，LMS自适应滤波前后Np响应曲线；图10是变旋翼转速下，LMS自适应滤波前后Wfb响应曲线；图11是变旋翼转速下，LMS自适应滤波前后ΩMR响应曲线；图12是变旋翼转速下，LMS自适应滤波前后Np离散傅里叶变化幅频变化曲线。具体实施方式针对变旋翼转速情况下单一扭振频率的常规线性时不变陷波滤波器不再适用的问题，本专利技术的思路是利用最小均方差(LMS)自适应滤波器构建适用于变旋翼转速飞行器的自适应扭振滤波器，从而有效抑制变旋翼转速下，涡轴发动机端扭振基频发生飘移的扭振分量。具体而言，本专利技术在所述变旋翼转速飞行器的发动机闭环控制系统中的动力涡轮转速反馈通道中串接一个由最小均方差LMS自适应滤波器所构成的自适应扭振滤波器，利用该自适应扭振滤波器滤除动力涡轮转速反馈信号中的扭振信号。为了简化抑制扭振耦合环节的设计复杂性，以及避免非设计转速下涡轴发动机运行效率恶化的问题，常规旋翼飞行器均采用定旋翼转速控制，即动力传动链传动比为定值，且涡轴发动机动力涡轮/输出轴工作在设计转速下。为了抑制扭振耦合，涡轴发动机控制系统中必须串接扭振滤波器，如图1所示，动力涡轮转速信号首先通过扭振滤波器衰减扭振分量，而后再进行转速闭环控制。不同于一般的定旋翼转速技术，变旋翼转速技术通过调整主旋翼转速以适应各种飞行条件，能够显著提高直升机的操作性能和效率，延长航空发动机、传动系统和主减速器等部件的寿命。图2显示了一种变旋翼转速的直升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法，其特征在于，在所述变旋翼转速飞行器的发动机闭环控制系统中的动力涡轮转速反馈通道中串接一个由最小均方差LMS自适应滤波器所构成的自适应扭振滤波器，利用该自适应扭振滤波器滤除动力涡轮转速反馈信号中的扭振信号。

【技术特征摘要】
1.变旋翼转速飞行器发动机扭振抑制方法，其特征在于，在所述变旋翼转速飞行器的发动机闭环控制系统中的动力涡轮转速反馈通道中串接一个由最小均方差LMS自适应滤波器所构成的自适应扭振滤波器，利用该自适应扭振滤波器滤除动力涡轮转速反馈信号中的扭振信号。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述自适应扭振滤波器的输出表达式具体如下：其中，Np(n)是自适应扭振滤波器输出信号，代表滤波后的动力涡轮转速信号；是掺杂扭振信号的动力涡轮转速反馈信号，w(n)为按照下式进行迭代更新的权系数：μ为步长因子；e(n)为Npr(n)与Np(n)的误差，Npr(n)为参考信号；M为自适应扭振滤波器的阶数；n代表采样时刻。3.如权利要求2所述方法，其特征在于，阶数M为6，步长因子μ为0.01。4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述变旋翼转速飞行器通过设置在定转速发动机与飞行器之间的无级变速传动机构来实现变旋翼转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪勇，郑前钢，张海波，陈名扬，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32