一種應用於電動舵機的高頻噪聲主動抑制方法與流程

2023-09-27 06:54:00 1

本發明涉及飛行器電動舵機系統控制技術，具體涉及一種應用於電動舵機的高頻噪聲主動抑制方法。
背景技術：
：電動舵機是飛行器飛行控制系統的執行機構，其作用是根據控制指令操縱舵面偏轉，產生操縱力矩，控制飛行器的飛行軌跡和姿態。飛行器電動舵機工作環境非常嚴酷複雜，易發生高頻抖動現象，產生的高頻噪聲信號會通過指令通道和傳感器反饋迴路進入控制系統，使系統中的控制量疊加高頻分量，造成功率驅動系統飽和輸出，電機會急劇發熱，從而大大降低電動舵機性能，甚至發生失效和損毀。為解決高頻噪聲信號對電動舵機控制系統的產生不利影響，目前對控制系統採取的措施都是增加陷波濾波器，對一定頻率和幅值範圍的高頻噪聲進行濾波，由於高頻噪聲具有時變特性，為了提高濾波器的魯棒性，濾波器設計的濾波頻帶都會較寬，這同時會導致控制系統的動態特性降低，尤其是相位延遲顯著提高，犧牲了的電動舵機性能。因此需要提出一種更加有效的方法，精準對進入控制系統的高頻噪聲進行濾波，同時儘量減少對電動舵機性能的影響；在系統沒有高頻噪聲影響時，濾波器不起作用，不影響電動舵機的性能。技術實現要素：本發明目的是提供一種應用於電動舵機的高頻噪聲主動抑制方法，通過準確獲取進入控制系統的高頻噪聲頻率和幅值，採用陷波濾波器對當前的高頻信號進行精確處理，從而達到消除高頻噪聲對電動舵機的影響的目的。為了實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：一種應用於電動舵機的高頻噪聲主動抑制方法，包括以下過程：通過飛行器電動舵機控制系統設有的振動傳感器實時採集飛行器飛行時所述電動舵機的振動信息。通過飛行器電動舵機控制系統設有的fft變換模塊對採集的振動信息進行數字離散傅立葉變換的快速算法(fastfouriertransformation，簡稱fft)處理，對高頻噪聲進行識別，辨識出高頻噪聲的頻率和幅值。所述電動舵機控制系統採用位置環和電流環雙閉環控制，將電動舵機位置指令和電動舵機位置反饋計算後生成的偏差信號增加陷波濾波器，對偏差信號進行濾波處理後進入位置環解算。陷波濾波器的中心頻率和濾波深度根據高頻噪聲的頻率的幅值進行自適應實時修正，以便精準抑制高頻噪聲。優選地，所述陷波濾波器的表達式為：式中：t1、ξ1分別為二階微分環節的頻率和阻尼係數；t2、ξ2分別為二階慣性環節的頻率和阻尼係數。優選地，當電動舵機控制系統有高頻噪聲時，通過實時調整t1、ξ1、t2、ξ2四個參數，針對高頻噪聲的頻率和幅值改變所述陷波濾波器的中心頻率和濾波深度。當電動舵機控制系統沒有高頻噪聲時，則陷波濾波器的t1、ξ1、t2、ξ2參數全部置為0，所述陷波濾波器不影響所述電動舵機控制系統性能。本發明與現有技術相比具有以下優點：通過飛行器振動傳感器可以準確獲取當前高頻噪聲的頻率，將此頻率設置為陷波濾波器的中心濾波頻率，從而實現對高頻噪聲的精確抑制。附圖說明圖1為本發明的電動舵機控制系統迴路結構示意圖；圖2為本發明的陷波濾波器波德(bode)圖；圖3為本發明前、後的電動舵機幅相頻特性曲線對比示意圖。具體實施方式以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。如圖1所示，本發明一種應用於電動舵機的高頻噪聲主動抑制方法，包含以下過程：電動舵機控制系統的迴路結構包含：飛行器電動舵機，設置在所述飛行器電動舵機上的振動傳感器，與所述振動傳感器連接的fft變換模塊；用於實現電流環控制的電流環控制器與伺服電機；以及用於實現位置環控制的位置環控制器與傳動機構。通過所述振動傳感器實時採集所述飛行器飛行時的電動舵機的振動信息。通過所述fft變換模塊對採集的振動信息進行數字fft變換處理，對高頻噪聲進行識別，辨識出高頻噪聲的頻率和幅值。電動舵機控制系統採用位置環和電流環雙閉環控制，將電動舵機位置指令計算後生成的偏差信號輸入至陷波濾波器，陷波濾波器的表達式為：式中：t1、ξ1分別為二階微分環節的頻率和阻尼係數；t2、ξ2分別為二階慣性環節的頻率和阻尼係數；s表示輸入時域變量。通過實時調整t1、ξ1、t2、ξ2四個參數，針對高頻噪聲的頻率和幅值改變所述陷波濾波器的中心頻率和濾波深度；對上述偏差信號進行濾波處理後進入位置環解算；若系統沒有高頻噪聲，則陷波濾波器的t1、ξ1、t2、ξ2參數全部置為0，陷波濾波器不起作用，使陷波濾波器對控制系統性能不產生影響。陷波濾波器的中心頻率和濾波深度根據上述高頻噪聲的頻率的幅值進行自適應實時修正，以便精準抑制高頻噪聲。表1列舉了採用以0.5v指令掃頻得出的本發明前、後舵系統頻域性能指標對比數據，圖2為陷波濾波器波德圖。圖3為本發明前、後電動舵機幅相頻特性對比曲線。表1電動舵機性能指標對比指標發明前發明後諧振峰(db)0.050.15帶寬(hz)20.620.620hz相位滯後(°)64.156.2可以看出，電動舵機本身的動態性能諧振峰和帶寬基本維持不變，系統的相位滯後顯著減小，20hz相位滯後由64.1°降至56.2°，提高了12.3％。綜上所述，本發明通過利用飛行器振動傳感器實時採集飛行過程中的振動信息，對其進行fft變換獲得高頻噪聲的頻率和幅值，同時，在電動舵機控制系統中，將電動舵機位置指令和電動舵機電流反饋計算後生成的偏差信號增加陷波濾波器，對偏差信號進行濾波處理，陷波濾波器的中心濾波頻率和濾波深度即為振動傳感器辨識出的高頻噪聲頻率和幅值，並且根據高頻噪聲頻率和幅值的變化實時自適應修正陷波濾波器的中心頻率和幅值。本發明通過飛行器振動傳感器可以準確辨識出當前高頻噪聲的頻率和幅值，將此頻率設置為陷波濾波器的中心濾波頻率，並確定濾波深度，從而實現對高頻噪聲的精確抑制；在系統沒有高頻噪聲影響時，濾波器不起作用，不影響電動舵機的性能。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。當前第1頁12