[发明专利]一种螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法

权利要求书

1.一种螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立螺旋桨及传动轴系统的模型；

步骤2，根据步骤1建立的模型的参数，定义以下变量：

S(jω)＝(1-G₀₀(jω)K(jω))^-1

w_i(jω)＝C_id(jω)

其中，T_yd表示传动轴y对外部振动d的性能响应，表示螺旋桨桨叶z_i对外部振动d的性能响应，S(jω)表示系统灵敏度函数，K(jω)表示待设计控制器，w_i(jω)表示螺旋桨桨叶处要衰减的第i个振动信号，C_i为一个复数，表示相对于外部振动信号的幅值和相位移动，d(jω)表示外部振动，R_i(jω)表示辅助灵敏度函数，G₀₀(jω)、G_i0(jω)、G_0k(jω)、G_ik(jω)均表示传递函数，i＝1,…,n，k＝1,…,n，n表示需要减振的性能变量数目；

并画出|T_yd|≤1和的几何表示，分别记为S-circle和iR-circle；

步骤3，判断所有的iR-circle与S-circle之间是否存在共同的交集，若是则判定存在最优控制器使得y(jω)与z_i(jω)同时减振，y(jω)表示传动轴性能变量，z_i(jω)表示螺旋桨桨叶性能变量，并进入步骤4，否则该设计方法结束；

步骤4，将S-circle与1R-circle按相同比例进行缩小，直至缩小后的S-circle与缩小后的1R-circle相切，则相切点即为满足y(jω)与z₁(jω)同时减振的最佳性能点，记为A₁；对S-circle与每个iR-circle重复上述操作，i＝2,…,n，将找到的相切点依次记为A₂,…,A_n，从A₁,…,A_n中找出一个点，该点为满足y(jω)与所有z_i(jω)同时减振的最佳性能点；

步骤5，根据步骤4选择出来的满足y(jω)与所有z_i(jω)同时减振的最佳性能点，构建为y(jω)与所有z_i(jω)提供最优减振性能的最优控制器K(jω)，公式为：

其中，S(jω)表示满足y(jω)与所有z_i(jω)同时减振的最佳性能点，G₀₀(jω)表示传递函数；

步骤6，利用主动振动控制算法将频域下的控制器K(jω)转换为复域下的控制器K(s)；具体过程为：

定义最优控制器K(jω)中的S(jω)为复数：S(jω)＝a+jb，其中a和b具有相同的符号；

当a和b均为正数，则控制器为：

其中，A＝cd-bω，c+bd/ω＝1，A＞0，d＞0；a、b、c、d均为实数，ω表示谐波频率，G₀₀(s)表示传递函数，s表示复域；

当a和b均为负数，则控制器为：

其中，A＞0，c＞0，d＞0，σ为正数；

步骤7，根据步骤6得到的控制器K(s)进行仿真，验证其是否满足螺旋桨及传动轴系统的最优性能要求，若不满足，则返回步骤2，重新设计。

2.根据权利要求1所述螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法，其特征在于，步骤1所述螺旋桨及传动轴系统的模型为：

其中，G表示传递函数矩阵，G₀₀(jω)、G_0i(jω)、G_i0(jω)、G_ii(jω)均表示传递函数，jω表示频域，u(jω)表示传动轴处控制输入，w_i(jω)表示螺旋桨桨叶处要衰减的第i个振动信号，y(jω)表示传动轴性能变量，z_i(jω)表示螺旋桨桨叶性能变量，i＝1,…,n，n表示需要减振的性能变量数目。

3.根据权利要求1所述螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法，其特征在于，步骤4所述从A₁,…,A_n中找出一个点，该点为满足y(jω)与所有z_i(jω)同时减振的最佳性能点，具体过程为：

记满足y(jω)与z_i(jω)同时减振的最佳性能点对应的最佳减振性能为T_i，从所有相切点A₁,…,A_n中选择一个点A_k，k＝1,…,n，A_k为满足y(jω)与z_k(jω)同时减振的最佳性能点，同时选择A_k作为满足y(jω)与z_i≠k(jω)同时减振的最佳性能点时，所损失的减振性能小于T_i≠k的5％。