專利名稱：非平衡螺旋槳振動(dòng)器的伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有非平衡螺旋槳的振動(dòng)器或力發(fā)生器的伺服控制設(shè)備或系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是有效衰減直升機(jī)和其它旋翼飛機(jī)上的振動(dòng)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，在這種飛機(jī)上安裝致動(dòng)器是為了消除或衰減特別是通過飛機(jī)的起飛和推進(jìn)機(jī)構(gòu)(特別是它的螺旋槳)施加于飛機(jī)機(jī)身的交變力產(chǎn)生的飛機(jī)振動(dòng)。
為此目的，使用至少一個(gè)傳送振動(dòng)測量信號的加速計(jì)來測量飛機(jī)振動(dòng)，其中測量信號通過處理器裝置進(jìn)行處理，該處理器裝置可能包括記錄在電子卡或機(jī)載計(jì)算機(jī)內(nèi)的算法，從而獲得施加于致動(dòng)器上以便于產(chǎn)生對抗所測得振動(dòng)的力的控制信號，如在例如美國專利No.5,473,698中所述。
這些力可以是戰(zhàn)勝所安裝物體相對于飛機(jī)結(jié)構(gòu)平移的運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并且是由線性電磁致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的；同樣眾所周知的是使用包括非平衡螺旋槳以通過離心作用產(chǎn)生這些力的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器，如在例如美國專利No.5,005,439中所述。
本發(fā)明特別地應(yīng)用于包括兩對非平衡螺旋槳(或飛錘)的振動(dòng)器，其中每一對中的螺旋槳都是反向旋轉(zhuǎn)和同步的，全部4個(gè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸是平行的，(扁平)螺旋槳或飛錘基本上在與螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸正交的同一平面上延伸。
各對螺旋槳中兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)螺旋槳的持久同步可通過電子方法獲得；這應(yīng)用于使電動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)于各螺旋槳用于驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)器，諸如在以下專利FR 2 606110、EP 0 505 976、以及EP 1 439 010中所述的振動(dòng)器。在文獻(xiàn)FR 2 606 110中，卡爾曼濾波器接收通過加速計(jì)傳送的振動(dòng)信號，然后又傳送表示包括振動(dòng)的飛機(jī)和振動(dòng)器(或“抗振動(dòng)器”)的振動(dòng)系統(tǒng)的頻率、幅度、相位的信號。在該信號的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)經(jīng)由比較器控制各電動(dòng)機(jī)的速度和相位。在文獻(xiàn)EP 0 505 976中，闡述了卡爾曼濾波器產(chǎn)生對要補(bǔ)償?shù)牧捌浣穷l率的估算，并且還用積分產(chǎn)生對力的估算。該數(shù)據(jù)被傳送給計(jì)算單元，該計(jì)算單元從中演算半相偏置的值，根據(jù)該半相偏置的值可計(jì)算被轉(zhuǎn)換成四個(gè)電源電壓的四個(gè)速度設(shè)定點(diǎn)。計(jì)算模塊還使用來自四個(gè)角度編碼器的信號，以產(chǎn)生作為由飛錘產(chǎn)生的合力的像的信號。該信號與殘留加速信號累加，且累加結(jié)果作為輸入施加到卡爾曼濾波器。
EP 1 439 010中所述的系統(tǒng)包括，對應(yīng)于每個(gè)非平衡輪的只要在飛錘處于一特征位置時(shí)輪每轉(zhuǎn)一周就傳送一個(gè)脈沖信號的傳感器，并且它包括接收設(shè)定點(diǎn)信號的信號處理器。相位基準(zhǔn)脈沖在設(shè)定點(diǎn)信號(向上)過零期間產(chǎn)生?；谶@些信號，計(jì)算各螺旋槳的速度誤差信號和相位誤差信號；此外，兩個(gè)相位設(shè)定點(diǎn)信號是根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號的賦范振幅來計(jì)算的。基于這些信號，帶比例和積分校正的速度控制信號和相位控制信號被相加，以便于向各電動(dòng)機(jī)提供控制信號。
那些發(fā)生器及其電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是復(fù)雜的。
各對螺旋槳中的螺旋槳還可通過特別在專利EP 0 840 191中所述的齒輪傳動(dòng)裝置、或通過如國際申請WO 2004/087343中所述的傳送帶來機(jī)械地同步。
在那些振動(dòng)發(fā)生器中，第一電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，同時(shí)第二電動(dòng)機(jī)用于調(diào)節(jié)/驅(qū)動(dòng)用以機(jī)械地調(diào)節(jié)第一對同步螺旋槳和第二對同步螺旋槳之間的相位差的移相器機(jī)構(gòu)和/或差動(dòng)機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明更特別地應(yīng)用于該類振動(dòng)器，其中本發(fā)明想要提供將振動(dòng)器伺服控制到設(shè)定點(diǎn)信號的簡易系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種穩(wěn)健的系統(tǒng)，用來基于力設(shè)定點(diǎn)信號的隨時(shí)間變化的頻率和振幅來伺服控制這些振動(dòng)器。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種簡易和高性能的系統(tǒng)，用于伺服控制具有由第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四個(gè)非平衡螺旋槳的振動(dòng)器，并呈現(xiàn)由本身由第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備機(jī)械調(diào)節(jié)的相位差。
在一方面中，本發(fā)明提供這種伺服控制系統(tǒng)，包括·第一傳感器，它對第一對螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置敏感；·第二傳感器，它對第二對螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置、或者對移相器機(jī)構(gòu)的位置敏感；·第一控制裝置，用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號的相位和頻率、并根據(jù)由第一和第二傳感器傳送的信號來控制第一電動(dòng)機(jī)；·第二控制裝置，用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號的相位、頻率和振幅、并根據(jù)由第一和第二傳感器傳送的信號來控制第二電動(dòng)機(jī)。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中·該第二控制裝置包括用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號的頻率Fco和振幅Uco來計(jì)算兩對螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco的裝置；以及第一比較器裝置，用于將兩對螺旋槳之間所計(jì)算的相位差設(shè)定點(diǎn)φco和所測得的相位差φm作比較，并用于傳送對第二電動(dòng)機(jī)的控制信號；·兩對螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco應(yīng)用以下公式來確定φco＝arcos(Uco/Umax*Amax/(16*m*r*π2*Fco2))其中m和r分別是非平衡螺旋槳的質(zhì)量和離心率，Amax是振動(dòng)器可施加的最大的力，而Umax是與所述最大力相對應(yīng)的力設(shè)定信號的振幅。
·該第二控制裝置包括只要螺旋槳旋轉(zhuǎn)的頻率與設(shè)定點(diǎn)信號的頻率之差大于預(yù)定值就限制兩對螺旋槳之間的相位差的裝置—特別是用于在兩對螺旋槳之間保持相位差基本上等于180°的裝置；這使得在飛錘啟動(dòng)時(shí)通過使兩對飛錘所產(chǎn)生的力抵消來保持零力成為可能；·該第二控制裝置包括接收由第一比較器裝置傳送的信號、并輸出對第二電動(dòng)機(jī)的控制信號的第一調(diào)節(jié)器；·該第一控制裝置包括用于測量相位差以便于確定由振動(dòng)器所產(chǎn)生的力與力設(shè)定點(diǎn)信號之間的測量相位差ψm、并根據(jù)所述相位差控制第一電動(dòng)機(jī)的裝置；·該系統(tǒng)包括第一頻率測量裝置，用于測量力設(shè)定信號的頻率Fco；第二頻率測量裝置，用于根據(jù)第一傳感器所傳送的信號來測量兩對螺旋槳之一的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；以及第二比較器裝置，用于對所述頻率Fco和Fm作比較、并輸出用于控制第一電動(dòng)機(jī)的比較信號。
·該第二控制裝置包括接收由第二比較器裝置傳送的信號的第二調(diào)節(jié)器；接收由相位差測量裝置傳送的信號的第三調(diào)節(jié)器；以及加法電路，用于接收由第二和第三調(diào)節(jié)器傳送的信號、并輸出對第一電動(dòng)機(jī)的控制信號；·該系統(tǒng)包括只要螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與設(shè)定點(diǎn)信號的頻率之間的差大于預(yù)定值，就在第三調(diào)節(jié)器的輸出上將信號基本上保持為零的裝置。
·該系統(tǒng)呈現(xiàn)至少100赫茲(Hz)(例如等于約200Hz)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍；其中該動(dòng)態(tài)范圍與所要產(chǎn)生的力的頻率成比例地變化。
本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)以下參照附圖的描述顯現(xiàn)，附圖中無任何限制性質(zhì)地示出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。


圖1示出了本發(fā)明應(yīng)用其中的振動(dòng)器的操作原理。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)的第一較佳實(shí)施例的框圖。
圖3是示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的一部分的框圖，其中只有一個(gè)檢測器用于檢測螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)還包括用于感應(yīng)移相器機(jī)構(gòu)的位置的傳感器。
圖4是示出在三個(gè)不同實(shí)施例中由振動(dòng)器在本發(fā)明系統(tǒng)控制下產(chǎn)生的力(在縱坐標(biāo)上畫出)如何根據(jù)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度(沿著橫坐標(biāo)畫出)變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，伺服控制系統(tǒng)包括對第一對螺旋槳A的螺旋槳11的角位置θA敏感的第一傳感器C1，該第一對螺旋槳A包括同步反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳10和11，其非平衡產(chǎn)生方向沿箭頭Fya的振動(dòng)力；該系統(tǒng)包括對第二對螺旋槳B的螺旋槳13的角位置θB敏感的第二傳感器C2，該第二對螺旋槳B包括同步反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳12和13，其非平衡產(chǎn)生方向沿箭頭Fyb的振動(dòng)力。
在對應(yīng)于圖3的變體中，傳感器C2對用于調(diào)節(jié)第一對螺旋槳和第二對螺旋槳之間相位差的機(jī)構(gòu)的位置敏感。
參看圖2，伺服控制系統(tǒng)包括第一控制裝置MC1，用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號COEF的相位和頻率、并根據(jù)由傳感器C1和C2傳送的信號來控制第一電動(dòng)機(jī)M1；以及第二控制裝置MC2，用于根據(jù)該力設(shè)定點(diǎn)信號的相位、頻率和振幅、以及由傳感器C1和C2傳送的信號來控制第二電動(dòng)機(jī)。
第二控制裝置MC2包括用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號COEF的頻率Fco和振幅Uco來計(jì)算兩對螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco的裝置，所述裝置包括·頻率/電壓轉(zhuǎn)換器26，用于在其輸入端接收信號COEF，并在其輸出端傳送所述信號的振幅Uco；·兩個(gè)放大器24和25，其增益分別等于Amax/Umax和16*m*r*π2*Fco2，分別用于接收由模塊23和26傳送的信號或數(shù)據(jù)作為輸入，并使其輸出連接到除法器27的兩個(gè)輸入；以及·模塊28，用于計(jì)算反余弦三角函數(shù)，其輸入端接收來自除法器27的輸出，而其輸出端傳送兩對螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco。
由此該相位差通過應(yīng)用以下公式來確定φco＝arccos(Uco/Umax*Amax/16*m*r*π2*Fco2)
其中m和r分別是非平衡螺旋槳的質(zhì)量和離心率，Amax是振動(dòng)器可施加的最大的力，而Umax是與所述最大力相對應(yīng)的力設(shè)定點(diǎn)信號的振幅。
第二控制裝置MC2還具有第一比較器40，用于將所計(jì)算的相位差設(shè)定點(diǎn)φco和所測得的兩對螺旋槳之間的相位差φm作比較，并用于向傳送經(jīng)調(diào)節(jié)控制信號COM2的調(diào)節(jié)器29的輸入端傳送對第二電動(dòng)機(jī)M2的控制信號；第二控制裝置MC2還包括用于只要螺旋槳旋轉(zhuǎn)的頻率與設(shè)定點(diǎn)信號的頻率之差大于預(yù)定值就限制兩對螺旋槳之間的相位差的裝置一特別是用于在兩對螺旋槳之間保持相位差基本上等于180°的裝置。
這些限制器裝置包括放大器36，用于接收與設(shè)定點(diǎn)信號的頻率Fco和所測得的螺旋槳旋轉(zhuǎn)頻率Fm之間的差值對應(yīng)的信號作為輸入；來自該放大器的輸出控制斷開和閉合開關(guān)38和39的致動(dòng)器37，該致動(dòng)器37執(zhí)行以下更詳細(xì)指定的功能。
第一控制裝置MC1包括用于測量相位差以便于確定由振動(dòng)器所產(chǎn)生的力與力設(shè)定點(diǎn)信號之間的測量相位差ψm、并根據(jù)所述相位差控制第一電動(dòng)機(jī)的裝置。這些裝置包括增益等于一半的放大器30和加法器31；該加法器31在其輸出端接收由相位比較器21在信號COEF與傳感器C1之間測量的相位差。
另一個(gè)相位比較器20接收來自傳感器C1和C2的信號作為輸入，并產(chǎn)生施加于放大器30的輸入端的相應(yīng)所測相位差φm作為輸出；來自該放大器的輸出施加于加法器31的第二輸入端。
在圖3所示的變體中，可看到用于計(jì)算所測得相位差ψm的放大器30和加法器31，以及相位比較器21；在該變體中，相位差φm直接在作用于由傳感器C2傳送的信號的信號成形器和放大器組件AMP的輸出端上獲得，該傳感器C2對兩對螺旋槳之間的相位差敏感。
該系統(tǒng)包括第一頻率測量裝置23，用于測量力設(shè)定信號的頻率Fco；第二頻率測量裝置22，用于根據(jù)第一傳感器所傳送的信號來測量兩對螺旋槳之一的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；以及第二比較器裝置32，用于對所述頻率Fco和Fm作比較、并傳送用于控制第一電動(dòng)機(jī)的比較信號。
第二控制裝置MC2包括接收由第二比較器裝置32傳送的信號的第二PID調(diào)節(jié)器33；接收由測量相位差的裝置30、31傳送的信號的第三PID調(diào)節(jié)器；以及加法電路35，用于接收由第二和第三調(diào)節(jié)器傳送的信號、并傳送對用于控制第一電動(dòng)機(jī)M1的輸出信號COM1。
所提出的伺服控制適于通過例如傳送帶或行星齒輪系機(jī)械驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)器的飛錘螺旋槳。在該類振動(dòng)器中，螺旋槳可通過無電刷直流(DC)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的伺服控制的主要功能是使“飛錘”以力設(shè)定點(diǎn)的頻率旋轉(zhuǎn)、并相對于所述信號有為零的相位差。
兩對螺旋槳之間的相位差通過DC電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，伺服控制該電動(dòng)機(jī)的目的是控制由飛錘振動(dòng)器產(chǎn)生的力的模量。
本發(fā)明的系統(tǒng)執(zhí)行兩個(gè)主要功能從力設(shè)定點(diǎn)信號中提取數(shù)據(jù)(振幅、相位和頻率)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)產(chǎn)生對兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的控制信號，其中力設(shè)定點(diǎn)信號的相位作為相位基準(zhǔn)。
本發(fā)明使得將力設(shè)定點(diǎn)的振幅間接用于控制螺旋槳驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)成為可能；在該振幅變化的情形中，所產(chǎn)生的力的相位也將改變；本發(fā)明使得預(yù)計(jì)相位變化、以及獲得對所產(chǎn)生的力的快速響應(yīng)成為可能。
用于制造本系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)質(zhì)上可以是模擬的，從而使伺服控制的成本降低；也可使用數(shù)字電路。
振動(dòng)器的分析模型如下F＝4mrΩ2cos(φ(t))cos(2πF0*t+Ψ(t))其中t表示時(shí)間，F(xiàn)表示所產(chǎn)生的力(F＝Fya+Fyb)，φ(φ＝θA-θB)表示兩對飛錘之間的相位差，Ψ(Ψ＝(θA+θB)/2)表示所產(chǎn)生的力和控制信號之間的相位差，F(xiàn)0表示所產(chǎn)生力的頻率，而Ω＝2πF0表示以弧度/秒為單位的力的角頻率。
所產(chǎn)生的力的振幅因而取決于力的頻率和兩對飛錘之間的相位差。
使用本伺服控制所預(yù)期的該類致動(dòng)器，在任一對的兩個(gè)飛錘之間都存在不變的機(jī)械耦合，這需要該兩個(gè)飛錘進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。其它系統(tǒng)需要電子伺服控制以便于實(shí)現(xiàn)該功能。
該系統(tǒng)(比較圖2)包括用于提取數(shù)據(jù)的模塊，它使得可用于伺服控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)能從設(shè)定點(diǎn)信號中被提取出來。
輸入信號COEF可(通過帶通濾波器)被濾波，以便于選擇致動(dòng)器的工作頻帶以及限制干擾問題。
對力設(shè)定點(diǎn)信號COEF進(jìn)行分析，以便于從中提取其頻率、振幅和相位；信號COEF的頻率Fco通過(模擬)頻率/電壓轉(zhuǎn)換器、或通過在信號的各個(gè)上升沿復(fù)位為零的計(jì)數(shù)器(數(shù)字方案)確定；振幅通過均方根(rms)類組件(模擬)、或通過在一個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間上計(jì)算“運(yùn)動(dòng)”積分來確定；此計(jì)算用于獲取可靠的并且連續(xù)更新的信息，并且比離散傅立葉變換需要更少的計(jì)算時(shí)間；信號COEF的相位被用作同步伺服控制的基準(zhǔn)設(shè)定點(diǎn)信號的上升沿被用于使所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)同步。
用于伺服控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的三個(gè)設(shè)定點(diǎn)如下·用于螺旋槳(或飛錘)的旋轉(zhuǎn)頻率的設(shè)定點(diǎn)，該旋轉(zhuǎn)頻率等于設(shè)定點(diǎn)信號的頻率Fco；·所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)之間的相位差設(shè)定點(diǎn)Ψco，它通過信號COEF的過零直接獲得；·兩對飛錘之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco，它應(yīng)用以下表達(dá)式根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號的頻率和振幅獲得φco＝arccos(U0/Umax*Amax/(4mr(2πF0)2)其中U0表示信號COEF的振幅，Umax表示所述信號的最大幅度，Amax表示致動(dòng)器可產(chǎn)生的力的最大振幅(例如300十牛頓(daN))，而4mr(2πF0)2表示要產(chǎn)生的力的振幅；該計(jì)算用來確保所產(chǎn)生的力不超過由發(fā)生器的能力所決定的限值。
用于測量致動(dòng)器的內(nèi)部參數(shù)的模塊用來基于飛錘位置估算機(jī)械系統(tǒng)(振動(dòng)器)的狀態(tài)。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)傳感器(用于感應(yīng)螺旋槳的旋轉(zhuǎn))各自旋轉(zhuǎn)一周傳送一個(gè)脈沖，并通過計(jì)算兩對飛錘之間的相位差、以及一對飛錘與設(shè)定點(diǎn)信號之間的相位差來重構(gòu)所產(chǎn)生的力。
通過最小分辨率(每旋轉(zhuǎn)一周僅一個(gè)脈沖)的傳感器(例如電感傳感器)測量這兩個(gè)相位差用來“平均”將一周旋轉(zhuǎn)上的值，并因而消除因?yàn)橹亓Ξa(chǎn)生的振蕩。
來自傳感器C1和C2的信號—以及設(shè)定點(diǎn)信號COEF—最好被處理成避免因干擾引起的任何反彈。該處理包括低通濾波、隨后應(yīng)用開關(guān)閾值，以便于獲得“方波”類型的純凈信號。此類濾波根據(jù)振動(dòng)器工作的頻帶進(jìn)行選擇，以限制信號上的相位延遲。
為了測量來自傳感器C1和C2的信號之間的相位差φm，兩個(gè)信號之一被用作基準(zhǔn)；模塊20計(jì)算所述信號兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的周期T；為此，計(jì)數(shù)器在基準(zhǔn)信號的上升沿啟動(dòng)，并在同一信號的隨后第一個(gè)上升沿停止，然后計(jì)數(shù)器通過雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)復(fù)位成零。
所述基準(zhǔn)信號與第二信號之間的延遲Δt用相同方式測量；如果Δt＞T/2，則Δt可被-(T-Δt)替代，以便于將相位差在+180°到-180°的范圍內(nèi)重新置中；相位差φ然后等于ΔT/T*360(度)。
為了測量兩對飛錘之間的相位差φm，使用由傳感器C1和C2傳送的分別關(guān)聯(lián)于各對螺旋槳的脈沖，該脈沖被用作相位差計(jì)算單元的輸入數(shù)據(jù)。
為了測量所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)之間的相位差Ψm，相位差在信號COEF與關(guān)聯(lián)于兩對螺旋槳之一的傳感器C1所傳送的信號之間測量，然后取決于所選擇的是哪對螺旋槳加上(或減去)φ/2。
各個(gè)電動(dòng)機(jī)由一模塊調(diào)節(jié)，該模塊包括最少一個(gè)比較器，用于計(jì)算從設(shè)定點(diǎn)信號中提取的設(shè)定點(diǎn)值(如上所述)與如由傳感器C1和C2測量的值之間的誤差；以及至少一個(gè)調(diào)節(jié)器，用來產(chǎn)生施加到電動(dòng)機(jī)M1和M2上的控制信號COM1和COM2。
相位差電動(dòng)機(jī)M2通過PID調(diào)節(jié)器29用簡單方式調(diào)節(jié)。
為了調(diào)節(jié)用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的電動(dòng)機(jī)M1，使螺旋槳的速度向上變到接近于該設(shè)定點(diǎn)信號頻率的頻率，以便于使伺服控制所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)之間的相位差成為可能；在如例如啟動(dòng)振動(dòng)器時(shí)所發(fā)生的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與信號COEF的頻率相差極遠(yuǎn)，則控制相位差就沒有意義了(相位差的概念在這種情形中毫無意義)。
因而，在啟動(dòng)時(shí)，伺服控制在不注意相位差的情況下作用于旋轉(zhuǎn)頻率，其中所產(chǎn)生的力的振幅在此期間可能保持為零通過斷開開關(guān)38φco保持為180°，且通過斷開開關(guān)39Ψm保持為零；一旦設(shè)定點(diǎn)頻率和旋轉(zhuǎn)頻率變得接近(啟動(dòng)結(jié)束)，則通過閉合開關(guān)38和39來對相位進(jìn)行調(diào)節(jié)。
信號COM1和COM2被傳送給用來按需向電動(dòng)機(jī)提供功率的兩個(gè)功率放大器(未示出)，以產(chǎn)生對應(yīng)于力設(shè)定點(diǎn)信號COEF的振動(dòng)力。
在另一變體實(shí)施例中，可設(shè)置限制器電路(未示出)以限制調(diào)節(jié)器29的輸入端處信號的振幅，以便于將由振動(dòng)器產(chǎn)生的力限制到某個(gè)最大值，如圖4中的曲線50所示；因此，限制器電路可在其輸入端接收所測得的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；這種限制器電路用來在高速時(shí)避免力的相應(yīng)增大，如曲線51所示。
在又一變體中，類似的限制器電路可在超過增大授權(quán)速度53時(shí)，使所產(chǎn)生的力減小為零，如曲線52所示。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，用來基于表示隨時(shí)間變化的振幅和頻率的力設(shè)定點(diǎn)信號(COEF)對振動(dòng)器進(jìn)行伺服控制，所述振動(dòng)器包括第一對(A)非平衡螺旋槳(10、11)和第二對(B)非平衡螺旋槳(12、13)，所述四個(gè)非平衡螺旋槳由第一電動(dòng)機(jī)(M1)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述系統(tǒng)包括第二電動(dòng)機(jī)(M2)，它被安排成驅(qū)動(dòng)移相器機(jī)構(gòu)，由此機(jī)械地調(diào)節(jié)所述振動(dòng)器的第一對螺旋槳和第二對螺旋槳之間的相位差，所述系統(tǒng)還包括第一傳感器(C1)，它對所述第一對非平衡螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置敏感；第二傳感器(C2)，它對所述第二對非平衡螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置、或者對所述移相器機(jī)構(gòu)的位置敏感；第一控制單元(MC1)，它對所述力設(shè)定點(diǎn)信號、以及對由所述第一傳感器和所述第二傳感器傳送的信號敏感，所述第一控制單元被安排成根據(jù)所述力設(shè)定點(diǎn)信號的相位和頻率、并還根據(jù)所述第一和第二傳感器所傳送的信號，來控制所述第一電動(dòng)機(jī)；以及第二控制單元(MC2)，它對所述力設(shè)定點(diǎn)信號、以及對由所述第一傳感器和所述第二傳感器傳送的信號敏感，所述第二控制單元被安排成根據(jù)所述力設(shè)定點(diǎn)信號的相位、頻率和振幅、并還根據(jù)由所述第一和第二傳感器所傳送的信號，來控制所述第二電動(dòng)機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于根據(jù)所述力設(shè)定點(diǎn)信號的頻率Fco和振幅Uco來計(jì)算所述兩對螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco的裝置(24到28)，以及第一比較器裝置(40)，用于將所計(jì)算的相位差設(shè)定點(diǎn)φco和所測得的兩對螺旋槳之間的相位差φm作比較，并用于傳送對所述第二電動(dòng)機(jī)的控制信號；
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩對螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco應(yīng)用以下公式來確定φco＝arccos(Uco/Umax*Amax/(16*m*r*π2*Fco2))其中m和r分別是所述非平衡螺旋槳的質(zhì)量和離心率，Amax是所述振動(dòng)器可施加的最大的力，而Umax是與所述最大力相對應(yīng)的力設(shè)定點(diǎn)信號的振幅。4.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于只要螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與所述設(shè)定點(diǎn)信號的頻率之差大于預(yù)定值就限制所述兩對螺旋槳之間的相位差的裝置(36到38)-特別是用于在所述兩對螺旋槳之間保持相位差基本上等于180°的裝置。
5.如權(quán)利要求2到4的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于接收由所述第一比較器裝置傳送的信號、并輸出對所述第二電動(dòng)機(jī)的控制信號(COM2)的第一調(diào)節(jié)器(29)。
6.如權(quán)利要求1到5的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制單元(MC1)包括用于測量相位差以便于確定由所述振動(dòng)器所產(chǎn)生的力與所述力設(shè)定點(diǎn)信號之間的測量相位差ψm、并根據(jù)所述相位差控制所述第一電動(dòng)機(jī)的裝置(30、31)。
7.如權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括第一頻率測量裝置(23)，用于測量所述力設(shè)定信號的頻率Fco；第二頻率測量裝置(22)，用于根據(jù)所述第一傳感器所傳送的信號來測量所述兩對螺旋槳之一的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；以及第二比較器裝置(32)，用于對所述頻率Fco和Fm作比較、并輸出用于控制所述第一電動(dòng)機(jī)的比較信號。
8.如權(quán)利要求6和7的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于接收由所述第二比較器裝置(32)傳送的信號的第二調(diào)節(jié)器(33)；用于接收由所述相位差測量裝置(30、31)傳送的信號的第三調(diào)節(jié)器(34)；以及加法電路(35)，用于接收由所述第二和第三調(diào)節(jié)器傳送的信號、并輸出對所述第一電動(dòng)機(jī)的控制信號(COM1)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括只要所述螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與所述設(shè)定點(diǎn)信號的頻率之間的差大于預(yù)定值，就在所述第三調(diào)節(jié)器的輸出端上保持基本為零的信號的裝置(36、37、39)。
10.如權(quán)利要求1到9的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器(C1)在所述螺旋槳每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)傳送一個(gè)脈沖。
11.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)器(29)是PID調(diào)節(jié)器。
12.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二和第三調(diào)節(jié)器(33、34)是PID調(diào)節(jié)器。
13.如權(quán)利要求1到12的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，呈現(xiàn)至少100赫茲(Hz)，例如等于約200Hz的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍。
全文摘要
本發(fā)明應(yīng)用于一種振動(dòng)器，該振動(dòng)器包括通過第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而同步旋轉(zhuǎn)的兩對(A、B)非平衡螺旋槳(10到13)，以及被安排成驅(qū)動(dòng)移相器機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)第一對螺旋槳和第二對螺旋槳之間的相位差的第二電動(dòng)機(jī)；該系統(tǒng)包括傳感器(C1)，用于感應(yīng)第一對螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)；傳感器(C2)，用于感應(yīng)第二對螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，或用于感應(yīng)移相器機(jī)構(gòu)的位置；用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號的相位和頻率、并根據(jù)傳感器所傳送的信號來控制第一電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的裝置；用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號的相位、頻率和振幅、并根據(jù)傳感器所傳送的信號來控制第二電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的裝置。
文檔編號B64C27/51GK1974322SQ20061016288
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者S·克萊瑞 申請人:尤洛考普特公司