[发明专利]一种飞行环境模拟控制系统的环境信号处理方法

说明书

本发明公开了一种飞行环境模拟控制系统的环境信号处理方法，包括步骤：S100、根据二阶滑模算法构造滑模微分器；S200、对所述滑模微分器实施时间线性变换；S300、对实施时间线性变换的所述滑模微分器再实施坐标变换，得到滑模跟踪微分器；S400、将飞行环境模拟试验中量测的环境信号输入至滑模跟踪微分器进行跟踪滤波和微分信号获取。上述滑模跟踪微分器算法简单、响应速度快、对外界噪声干扰具有强鲁棒性，且其所涉参数可直接根据所需处理环境信号的频率和幅值，利用时间线性变换和坐标变换确定滑模跟踪微分器的核心关键参数，应用到环境量测信号处理中时该滑模跟踪微分器对输入的环境信号具有有效的跟踪滤波能力，能消除噪声，提取品质良好的微分信号。

技术领域

本发明涉及飞行环境模拟控制技术领域，特别是涉及一种飞行环境模拟控制系统的环境信号处理方法。

背景技术

飞行环境模拟控制系统是现代航空发动机研制过程中用来模拟各类飞行环境条件的核心设备。其环境模拟能力直接决定航空发动机高空模拟过渡态以及稳态性能试验等重要模拟试验项目的效果和可靠性。由于该试验需求严苛、传感器设计和测量通道的干扰等因素，使得环境模拟量测信号呈现出频率低以及掺杂随机噪声的特点。在连续轨迹模拟试验中，需要快速跟踪环境信号变化实现瞬态试验环境下飞行环境模拟控制系统的较快稳定控制。以高空台环境模拟测试中传感器储存数据的频谱分析结果为例,环境信号掺杂高斯白噪声,频率大约为0.5Hz,幅值大约为3.对于飞行环境模拟控制系统而言，处理、重构与反馈环境模拟信号及其速度信号的精度与相位滞后情况会成为制约反馈控制器设计成败的核心关键。

对信号进行有效滤波并且从含噪声的信号中提取有效的微分信号，是实现飞行环境模拟控制系统实现主动抗扰控制的前提，处理不当可能会产生毛刺和湮灭现象，滤波与微分信号相位出现滞后，都可能导致控制系统振荡或者不稳定。

对于实际工程应用，当前在信号跟踪滤波与微分信号获取方面常用的方法是经典微分器。经典微分器采用小时间常数惯性环节来获取微分近似公式，该方法原理简单、容易实现。但是当输入信号被随机噪声污染时，便会产生噪声放大效应，其中放大倍数为小时间常数的倒数，随着小时间常数的减小，微分信号就会被完全淹没，因而这种算法在该实际工程中难以得到应用。为了减弱噪声放大效应，采用两个小时间常数惯性环节相减的微分提取算法，从一定程度上抑制了噪声放大现象，但从大量仿真中发现，对于低采样的信号，这种方法较难达到抑制噪声的效果，在抑制噪声的同时会带来高频颤振。

飞行环境模拟控制系统中进气容腔中的压力信号具有快速变化以及掺杂随机噪声等特点，如果这里直接将所测量的信号用于控制系统中，那么通过PID(ProportionIntegral Differential，比例-积分-微分)控制器后的控制效果就会出现很大的偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种飞行环境模拟控制系统的环境信号处理方法，以解决消除噪声和提取品质良好的微分信号。

一方面，本发明提供了一种飞行环境模拟控制系统的环境信号处理方法，包括以下步骤：

S100、根据二阶滑模算法，构造滑模微分器；

S200、对所述滑模微分器实施时间线性变换；

S300、对实施时间线性变换的所述滑模微分器再实施坐标变换，得到滑模跟踪微分器；

S400、将飞行环境模拟试验中量测的环境信号输入至滑模跟踪微分器进行跟踪滤波和微分信号获取。

进一步地，所述步骤S100具体表现为:根据二阶滑模算法，构造信号v₀(t)＝sint的滑模微分器：