【技术实现步骤摘要】
本专利技术属作动器迟滞补偿控制领域，具体涉及一种防阶跃的级联pi迟滞补偿控制方法及装置。
技术介绍
1、主动控制后缘襟翼(acf)旋翼具有减振、降噪、锥体在线平衡、稳定性增强等功能，被国外直升机领域专家誉为下一代旋翼技术。当下acf旋翼的后缘襟翼驱动装置一般采用压电作动器进行驱动，因压电材料具有频带高、响应快、功率重量比高等优点，但是压电作动器还存在着压电迟滞问题，给多桨叶后缘襟翼的协调控制造成了困难，一般通过迟滞补偿的方式对压电作动器的迟滞进行补偿。此外acf旋翼中压电作动器须承受旋翼的巨大的离心力以及桨叶挥舞、摆振、扭转加速度，工作环境恶劣，因此须对压电作动器的激励的电压信号提出严格的要求：激励电压信号一阶可导连续，以最大化的保护压电作动器，减少电击穿故障的发生概率。
2、对典型的4片桨叶acf旋翼，其减振控制一般要求3、4、5/rev正弦信号的组合进行后缘襟翼的挥舞控制，若须同时降噪，可能还得叠加2/rev正弦信号。因此acf旋翼应用中施加给压电作动器的指令信号一般是多频正弦信号的组合信号，正弦信号的频率是旋翼的倍频。由于压电迟滞的存在，简单的pid等迟滞补偿控制器很难兼顾多个频率下的迟滞补偿，专利申请号201911232639.1《一种作动器的迟滞补偿控制方法》中提出了一种时域+频域相结合的作动器宽频补偿控制算法，控制器包含内层和外层2个控制回路，内层为时域控制器，可实现静态值的实时误差补偿，外层为频域控制器，可实现信号动态值的整周期误差补偿。
3、然而该方法一般要求首个旋翼周期的激励信号为开环状
技术实现思路
1、本专利技术的目的：提供一种防阶跃的级联pi迟滞补偿控制方法及装置，可消除开环控制到闭环控制转换时的信号阶跃和外环指令更新引起的信号阶跃。可任意调节外环控制器的更新周期，
2、第一方面，本申请提供一种防阶跃的级联pi迟滞补偿控制方法，所述方法包括内环回路计算方法和外环回路计算方法，所述外环回路计算方法包括：
3、步骤1：外环期望的谐波信号的各阶谐波正弦分量us_n减去对应的反馈信号z(t)中提取的n阶正弦谐波分量zs；各阶谐波余弦分量uc_n减去对应的反馈信号z(t)中提取的n阶余弦谐波分量zc，得到第k采样步的误差e(k)；
4、步骤2：根据zc、zs和误差e(k)，通过以下公式计算得到外环pi控制器的初始参数i0和第k采样步输出信号u(k)：
5、
6、其中，i0＝(u(0)-kpe(1))/ki-e(1)t，kp为比例系数，ti为积分时间常数，t为采样时间间隔，e(k)为第k采样步的误差；
7、外环pi控制器防阶跃初始化模块仅外环首次运算时执行；
8、步骤3：将误差e(k)通过外环pi控制器模块，得到补偿后的谐波余弦分量uc_n_ctr和正弦分量us_n_ctr；
9、步骤4：将补偿后的谐波余弦分量uc_n_ctr和正弦分量us_n_ctr，通过增量控制模块生成外环输出信号余弦分量np_c和正弦分量np_s；
10、步骤5：根据外环输出信号余弦分量np_c和正弦分量np_s，生成内环期望信号，并传输到fifo缓存中。
11、具体的，内环回路计算方法包括：
12、步骤1：从fifo缓存中逐点读取内环期望信号，内环期望信号包括各阶谐波的正弦分量、余弦分量；
13、步骤2：将n阶余弦分量与cos(nωt)相乘，得到一个n阶的余弦波形点，n阶正弦分量与sin(nωt)相乘，得到一个n阶正弦波形点；其中，cos表示余弦函数，sin表示正弦函数，ω为旋翼旋转角速度，t为时间，n为正整数；
14、步骤3：将各阶正弦波形点、余弦波形点分别与控制器输入的偏置量u0相加，得到一个带偏置量的多频谐波波形点；
15、步骤4：将多频谐波波形点减去作动器的反馈信号z(t)，得到内环控制误差；
16、步骤5，稳态误差补偿控制：将内环控制误差通过内环pi控制器模块，经过pid运算，得到稳态误差补偿后的谐波波形点；
17、步骤6：将补偿后的谐波波形点通过d/a转换模块输出，生成模拟电压信号激励作动器运动；
18、步骤7，反馈信号谐波分量提取：将反馈信号z(t)分别乘以2cos(nωt)和2sin(nωt)，然后通过低通滤波器，得到反馈信号z(t)的各阶余弦谐波分量zc和正弦谐波分量zs。
19、具体的，低通滤波器的截止频率不高于nω。
20、具体的，增量控制模块的具体算法如下：
21、其中(i＝1,2,…n)
22、上式中，uin(k)表示第k个外环周期增量控制模块的输入，uout(k)表示第k个外环周期增量控制模块的输出，n表示外环每n个采样点更新1次，i表示增量控制模块在每个外环周期输出的n个点系列值的第i个点；即通过对增量控制模块当前输入与前一次输入进行线性插值。
23、具体的，内环回路计算方法为每单个采样点计算一次。
24、具体的，外环回路计算方法为每n采样点计算一次。
25、第二方面，本申请提供一种压电作动器伺服补偿控制器，压电作动器伺服补偿控制器包括内环和外环，压电作动器伺服补偿控制器应用于如权利要求1所述的防阶跃的级联pi迟滞补偿控制方法。
26、具体的，外环包括到外环pi控制器、外环pi控制器防阶跃初始化模块、增量控制模块；内环包括fifo缓存、内环pi控制器模块、d/a转换模块、低通滤波器和作动器。
27、综上所述，本申请提供一种防阶跃的级联pi迟滞补偿控制方法及装置，针对作动器单频或多频正弦信号组合伺服补偿控制，可实现正弦信号的各阶频率的谐波分量(正弦分量、余弦分量)以及稳态值的补偿，级联控制器的外环控制周期可任意设置，指令生成和反馈信号的谐波分量提取在内环的每个控制周期只需计算一次n倍频角速度对应的正弦和余弦值，减少了计算量。所设计的防阶跃初始化模块可令控制器在非输出的条件下从开环转换到闭环时而输出信号无阶跃，加快收敛速度。所设计的增量控制模块可使外环控制周期n任意修改而输出的正弦无阶跃。综上，所设计的控制器还具有收敛速度快(防阶跃初始化)，可根据硬件调节控制程序计算量(外环更新周期任意设置)。
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1.一种防阶跃的级联PI迟滞补偿控制方法，其特征在于，所述方法包括内环回路计算方法和外环回路计算方法，所述外环回路计算方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，内环回路计算方法包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，低通滤波器的截止频率不高于nΩ。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，增量控制模块的具体算法如下：
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，内环回路计算方法为每单个采样点计算一次。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，外环回路计算方法为每N采样点计算一次。
7.一种压电作动器伺服补偿控制器，其特征在于，压电作动器伺服补偿控制器包括内环和外环，压电作动器伺服补偿控制器应用于如权利要求1～6任一项所述的防阶跃的级联PI迟滞补偿控制方法。
8.根据权利要求7所述的压电作动器伺服补偿控制器，其特征在于，外环包括到外环PI控制器、外环PI控制器防阶跃初始化模块、增量控制模块；内环包括FIFO缓存、内环PI控制器模块、D/A转换模块、低通滤波器和作动器。
【技术特征摘要】
1.一种防阶跃的级联pi迟滞补偿控制方法，其特征在于，所述方法包括内环回路计算方法和外环回路计算方法，所述外环回路计算方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，内环回路计算方法包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，低通滤波器的截止频率不高于nω。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，增量控制模块的具体算法如下：
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，内环回路计算方法为每单个采样点计算一次。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张仕明，朱棣文，高乐，胡和平，姚佐聪，段锦帆，魏武雷，程毅，贺子豪，赵金瑞，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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