一種飛機(jī)主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)的桿力控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種飛機(jī)主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)的桿力控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛機(jī)的人感系統(tǒng)可以使飛行員在操縱飛機(jī)時(shí)有控制力感，可以影響飛機(jī)的操縱性 能，是飛機(jī)操縱系統(tǒng)的十分重要的組成部分。目前，大多數(shù)飛機(jī)均采用了電傳飛行控制系 統(tǒng)，其中，彈簧加載的被動(dòng)駕駛桿系統(tǒng)構(gòu)成了這些飛機(jī)的人感系統(tǒng)。這種類(lèi)型的駕駛桿具有 十分簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，安裝十分方便，操作起來(lái)也很穩(wěn)定，但是最大的缺點(diǎn)是駕駛桿力與桿位移 間是固定不變的正比例關(guān)系，不能反映飛機(jī)的飛行狀態(tài)；由于飛行員感受不到飛機(jī)的飛行 狀態(tài)，飛機(jī)的飛行品質(zhì)和操縱品質(zhì)會(huì)有所下降。為了避免這種缺點(diǎn)，主動(dòng)駕駛桿系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而 生。這種駕駛桿系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)構(gòu)成了閉環(huán)回路，使得飛控計(jì)算機(jī)可以與駕駛桿實(shí)時(shí) 地互相通信。采用這種方式后，飛行員可以通過(guò)駕駛桿手柄上的力準(zhǔn)確地判斷出飛機(jī)的飛 行狀態(tài)，因此可以提高飛機(jī)的操縱特性和飛行品質(zhì)。
[0003] 目前，主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)中關(guān)于對(duì)桿力的控制，多數(shù)采用通過(guò)把駕駛桿上的力傳感器 作為反饋桿力進(jìn)行對(duì)桿力的控制，而當(dāng)使用此種控制方式控制側(cè)桿時(shí)，當(dāng)側(cè)桿處于運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)時(shí)，由于側(cè)桿存在速度和加速度，使得該系統(tǒng)不穩(wěn)定，且控制精度降低。當(dāng)側(cè)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)越 大時(shí)，該系統(tǒng)的桿力控制精度越不穩(wěn)定。同時(shí)，當(dāng)力傳感器受到電磁干擾或者失效時(shí)，該系 統(tǒng)的控制反饋量失效，這對(duì)飛機(jī)的控制性能和安全而言是非常嚴(yán)重的。本文通過(guò)采用把電 機(jī)的電樞電流傳感器的輸出值間接得到主動(dòng)側(cè)桿手柄上的力，使得該系統(tǒng)更加穩(wěn)定；同時(shí) 采用專(zhuān)家PID以及智能切換的方式，使得當(dāng)桿力反饋量和實(shí)際偏差很大時(shí)，由閉環(huán)桿力控制 切換到開(kāi)環(huán)桿力控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】中所涉及到的缺陷，提供一種飛機(jī)主 動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)的桿力控制方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種飛機(jī)主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)的桿力控制方法，所述飛機(jī)主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)包含監(jiān)控模塊和 側(cè)桿模塊；
[0007]所述監(jiān)控模塊用于發(fā)送指令給所述側(cè)桿模塊，并控制存儲(chǔ)和顯示側(cè)桿模塊的實(shí)時(shí) 狀態(tài)信息；
[0008] 所述側(cè)桿模塊包含駕駛桿、第一微控制單元和第二微控制單元；
[0009] 所述駕駛桿包含殼體、手柄、桿力傳感器、桿體、第一軸、第二軸、第一對(duì)軸承和第 二對(duì)軸承；
[0010] 所述第一軸、第二軸采用內(nèi)外框的形式，第一軸為內(nèi)框軸，第二軸為外框軸，第一 軸能夠在第二軸的滑槽滑動(dòng)；
[0011]所述殼體為上下開(kāi)口的矩形，第一對(duì)軸承、第二對(duì)軸承對(duì)應(yīng)設(shè)置在其四壁的中心 上；
[0012] 所述第一軸、第二軸分別通過(guò)第一對(duì)軸承、第二對(duì)軸承承載，且兩端均伸出所述殼 體；
[0013] 所述桿體的下端與第一軸固連，上端與桿力傳感器的底部固連，桿力傳感器的頂 部與手柄固連；
[0014] 所述桿力傳感器采用2維電阻應(yīng)變片式桿力傳感器，分別對(duì)應(yīng)第一軸上的力和第 二軸上的力；
[0015] 所述手柄上設(shè)有用于切換側(cè)桿模塊的工作模式的切換開(kāi)關(guān)，所述工作模式包含主 動(dòng)模式、隨動(dòng)模式、配平模式以及被動(dòng)模式；
[0016] 所述第一微控制單元包含第一旋轉(zhuǎn)式電位器、第一齒輪減速器、第一力矩電機(jī)、第 一編碼器、第一微控制器、第一PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、第一固態(tài)繼電器、第一手柄力調(diào)制信號(hào)電 路、第一角位移信號(hào)調(diào)制電路、和第一電流傳感器；
[0017] 所述第一旋轉(zhuǎn)式電位器的輸入端與第一軸的一端連接，輸出端與第一角位移信號(hào) 調(diào)制電路輸入端相連；
[0018] 所述第一齒輪減速器通過(guò)法蘭盤(pán)固定在所述殼體上，輸出孔與第一軸的另一端連 接，輸入孔與第一力矩電機(jī)輸出軸的一端連接；
[0019] 所述第一編碼器的碼盤(pán)與第一力矩電機(jī)輸出軸的另一端連接，用于測(cè)量第一力矩 電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，并將其傳遞給所述第一微控制器；
[0020] 所述第一手柄力調(diào)制信號(hào)電路的輸入端與桿力傳感器電路電氣相連；
[0021 ]所述第一 PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸出端通過(guò)第一固態(tài)繼電器與所述第一力矩電機(jī)電氣 相連；
[0022] 所述第一電流傳感器用于感應(yīng)第一力矩電機(jī)的電樞電流，并將其傳遞給所述第一 微控制器；
[0023] 所述第一微控制器分別和第一手柄力調(diào)制信號(hào)電路的輸出端、第一 PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊的輸入端、第一固態(tài)繼電器的控制端、第一角位移信號(hào)調(diào)制電路的輸出端、第一編碼器 的輸出端、第一電流傳感器、桿力傳感器、以及監(jiān)控模塊電氣相連，用于根據(jù)獲得的桿力傳 感器在第一軸上的桿力輸出信號(hào)、第一力矩電機(jī)的電樞電流信號(hào)、第一角位移信號(hào)調(diào)制電 路的轉(zhuǎn)角信號(hào)以及第一力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出PWM到波第一 PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制第一 力矩電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)自身所帶的串口功能與監(jiān)控模塊進(jìn)行串口通信，向監(jiān)控模塊傳 送側(cè)桿裝置的狀態(tài)信息；
[0024] 所述第二微控制單元包含第二旋轉(zhuǎn)式電位器、第二齒輪減速器、第二力矩電機(jī)、第 二編碼器、第二微控制器、第二PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、第二固態(tài)繼電器、第二角位移信號(hào)調(diào)制電 路、第二手柄力調(diào)制信號(hào)電路、齒輪減速箱、直角換向器和第二電流傳感器；
[0025] 所述第二旋轉(zhuǎn)式電位器的輸入端與第二軸的一端連接，輸出端與與第二角位移信 號(hào)調(diào)制電路輸入端相連；
[0026] 所述第二軸的另一端與齒輪減速箱的輸入齒輪連接，齒輪減速箱的輸出齒輪與直 角換向器的輸出軸連接；
[0027] 所述直角換向器通過(guò)法蘭盤(pán)固定在所述殼體上，輸入端與第二齒輪減速器的輸出 孔連接；
[0028]所述第二齒輪減速器通過(guò)法蘭盤(pán)固定在所述殼體上，輸入孔與第二力矩電機(jī)輸出 軸的一端連接；
[0029]所述第二編碼器的碼盤(pán)與第二力矩電機(jī)輸出軸的另一端連接，用于測(cè)量第二力矩 電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，并將其傳遞給所述第二微控制器；
[0030] 所述第二手柄力調(diào)制信號(hào)電路的輸入端與桿力傳感器電路電氣相連；
[0031] 所述第二PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸出端通過(guò)第二固態(tài)繼電器與所述第二力矩電機(jī)電氣 相連；
[0032] 所述第二電流傳感器用于感應(yīng)第二力矩電機(jī)的電樞電流，并將其傳遞給所述第二 微控制器；
[0033] 所述第二微控制器分別和第二手柄力調(diào)制信號(hào)電路的輸出端、第二PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊的輸入端、第二固態(tài)繼電器的控制端、第二角位移信號(hào)調(diào)制電路的輸出端、第二編碼器 的輸出端、第二電流傳感器、桿力傳感器、以及監(jiān)控模塊電氣相連，用于根據(jù)獲得的桿力傳 感器在第二軸上的桿力輸出信號(hào)、第二力矩電機(jī)的電樞電流信號(hào)、第二角位移信號(hào)調(diào)制電 路的轉(zhuǎn)角信號(hào)以及第二力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出PWM波到第二PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制第二 力矩電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)自身所帶的串口功能與監(jiān)控模塊進(jìn)行串口通信，向監(jiān)控模塊傳 送側(cè)桿裝置的狀態(tài)信息；
[0034]第一軸的控制具體方法如下：
[0035]步驟E.1)，采集當(dāng)前時(shí)刻的第一力矩電機(jī)的電樞電流信號(hào)；
[0036]步驟E. 2)，根據(jù)第一力矩電機(jī)的電樞電流信號(hào)計(jì)算得到第一軸上的駕駛桿手柄 力；
[0037]步驟E.3)，獲取當(dāng)前時(shí)刻的第一角位移信號(hào)調(diào)制電路的轉(zhuǎn)角信號(hào)；
[0038]步驟E.4)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的桿力曲線以及當(dāng)前時(shí)刻的第一角位移信號(hào)調(diào)制電路 的轉(zhuǎn)角信號(hào)，得到當(dāng)前時(shí)刻第一軸上駕駛桿手柄力的理論預(yù)設(shè)值；
[0039]步驟E. 5)，將步驟E. 2)計(jì)算得到的值減去步驟E. 4)計(jì)算得到的值，得到當(dāng)前時(shí)刻 的桿力誤差值;根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的桿力誤差值以及預(yù)先設(shè)定好的桿力曲線得到當(dāng)前時(shí)刻k的 P麗波誤差值，記為e(k);令e(k-l)和e(k_2)分別為上一時(shí)刻k-Ι和上兩時(shí)刻k-2的P麗波誤 差值，e(k)、e (k-Ι)和e (k-2)的初始值都設(shè)為零；| e (k) |代表當(dāng)前時(shí)刻PWM波誤差值的絕對(duì) 值大小，PWM(k)代表當(dāng)前時(shí)刻第一微控制器輸出的PWM波的占空比，PWM(k-l)代表上一時(shí)刻 第一微控制器輸出的PWM波的占空比；
[0040]步驟E. 6 )，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的PWM波誤差值與上一時(shí)刻的PWM波誤差值之間的差值， 記為Δ e(k)，Δ e(k-l)代表上一時(shí)刻的PWM波誤差值與上兩時(shí)刻的PWM波誤差值之間的差 值：
[0042]步驟E.7)，當(dāng)|e(k) | 時(shí)，MiS預(yù)先設(shè)定的大范圍控制閾值，控制第一微控制器 PWM波，使得其空占比等于當(dāng)前角位移信號(hào)調(diào)制電路的轉(zhuǎn)角信號(hào)相對(duì)應(yīng)的PWM波占空比； [0043] 步驟E.8)，當(dāng)e(k) Ae(k) 20時(shí)，若|e(k) | 2M2，M2為預(yù)先設(shè)定小范圍控制閾值，第 一微控制器按照以下空占比輸出PWM波：
[0044] PWM(k) = PffM(k_l )+k5{kP[e(k)-e(k_l) ]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k_l )+e(k_2) ]}
[0045]其中，k5表示反饋控制作用的強(qiáng)度，kP表示比例控制系數(shù)，ki表示積分控制系數(shù)，kd 表不微分控制系數(shù)；
[0046] 步驟E.9)，當(dāng)|e(k) | <M2時(shí)，第一微控制器按照以下空占比輸出PWM波：
[0047] PWM(k) = PffM(k_l )+kP[e(k)-e(k_l) ]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k_l )+e(k_2)];
[0048] 步驟 E.10)，當(dāng) e(k) Ae(k)<0 且 Ae(k) Ae(k-1)>0,或者 e(k) = 0 時(shí)，第一微控制 器按照以下空占比輸出PWM波：
[0049] PffM(k)=PWM(k-l)；
[0050] 步驟 E.11)，當(dāng) e(k) Ae(k)<0 且 Ae(k) Ae(k-1)<0 時(shí)，若 |e(k) | 2M2,第一微控 制器按照以下空占比輸出PWM波：
[0051] PffM(k)=PffM(k-l)+k5kPe(k)；
[0052] 步驟E. 12)，若| e (k) | <M2，第一微控制器按照以下空占比輸出PWM波：
[0053] ?麗（1〇=?麗（1^-1)+1?1^(1〇;
[0054] 其中，k6表示只有積分作用時(shí)用來(lái)調(diào)整積分作用的參數(shù)，且k5>k6;
[0055] 步驟E. 13)，當(dāng)|e(k) | <ε，第一微控制器按照以下空占比輸出P麗波：
[0056] PffM(k)=PWM(k-l)+kie(k)；
[0057] 其中，ε為預(yù)先根據(jù)桿力精度設(shè)定設(shè)定的誤差值大小的臨界閾值。
[0058]作為本發(fā)明一種飛機(jī)主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)的桿力控制方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，對(duì)于第一 軸，駕駛桿按照以下方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回中：
[0059] 步驟A. 1)，設(shè)定第一微控制器和第二微控制器所輸出的PWM波的占空比khkhfe、 k4,使得，第一微控制器查詢(xún)獲取第一角位移信號(hào)調(diào)制電路的轉(zhuǎn)角信號(hào)，并判 斷該轉(zhuǎn)角是否大于等于10° ;
[0060] 步驟A. 2)，若該轉(zhuǎn)角大于等于10°，第一微控制器輸出占空比為k^PWM波，并跳轉(zhuǎn) 至步驟A.1);
[0061] 步驟A.3)，若該轉(zhuǎn)角小于10°，則第一微控制器輸出占空比為kj^PWM波；
[0062] 步驟A.4)，第一微控制器查詢(xún)獲取第一角位移信號(hào)調(diào)制電路的轉(zhuǎn)角信號(hào)，并判斷 該轉(zhuǎn)角是否大于等于5° ;
[0063]步驟A.5)，若該轉(zhuǎn)角大于等于5°，則第一微控制器輸出占空比為k4的PWM波，并跳 轉(zhuǎn)至步驟A.4);
[0064]步驟A.6)，若該轉(zhuǎn)角小于5°，則第一微控制器輸出占空比為k3的PWM波；
[0065] 步驟A. 7)，第一微控制器查詢(xún)獲取第一角位移信號(hào)調(diào)制電路的轉(zhuǎn)角信號(hào)，并判斷 該轉(zhuǎn)角是否大于第一旋轉(zhuǎn)式電位器的靈敏度閾值；
[0066] 步驟A.8)，若該轉(zhuǎn)角大于等于第一旋轉(zhuǎn)式電位器的靈敏度閾值，第一微控制器按 照預(yù)設(shè)的