[发明专利]一种适用于飞机主动侧杆系统位置控制的摩擦补偿方法

摘要

本发明公开了一种适用于飞机主动侧杆系统位置控制的摩擦补偿方法，飞机主动侧杆中存在的摩擦因素导致了随动控制下位置跟随不精确，主动侧杆跟随性能下降，采用传统PID控制算法难以解决此问题。为提高系统的稳态跟踪精度同时兼顾动态响应过程，实现飞机主动侧杆系统的高精度控制，本发明通过实验辨识摩擦模型，对系统进行摩擦补偿，提高系统的位置跟踪精度。该发明不仅适用于飞机主动侧杆系统中，还可应用到防空武器随动系统、导弹导引头伺服系统等场合。

主权项

1.一种适用于飞机主动侧杆系统位置控制的摩擦补偿方法，所述飞机主动侧杆系统包含监控模块和侧杆模块；所述监控模块用于发送指令给所述侧杆模块，并控制存储和显示侧杆模块的实时状态信息；所述侧杆模块包含主动侧杆、第一微控制单元和第二微控制单元；所述主动侧杆包含主动侧杆手柄、杆力传感器、主动侧杆杆体、第一轴、第二轴、第一轴承和第二轴承；所述第一轴、第二轴采用内外框的形式，第一轴为内框轴，第二轴为外框轴，第一轴能够在第二轴的上下滑槽滑动；所述第一轴的一端与孔输出直角换向减速器的输出孔通过键连接，所述第一轴的另一端与第一轴承承载；所述第二轴的一端与轴输出直角换向减速器的输出轴通过键连接，所述第二轴的另一端与第二轴承承载；所述主动侧杆杆体的下端与第一轴固连，上端与杆力传感器的底部固连，杆力传感器的顶部与主动侧杆手柄固连；所述杆力传感器采用二维电阻应变片式杆力传感器，分别对应第一轴上的力和第二轴上的力；所述手柄上设有用于切换侧杆模块的工作模式的切换开关，所述工作模式包含主动模式、随动模式、配平模式以及被动模式；所述第一微控制单元包含第一旋转变压器、第一直角换向减速器、第一力矩电机、第一微控制器、第一PWM电机驱动模块、第一手柄力调制信号电路、第一旋转变压器信号调制电路；所述第一旋转变压器的转子与第一力矩电机转轴连接，定子与第一力矩电机的外壳连接，输出端与第一旋转变压器信号调制电路输入端相连，用于测量第一力矩电机输出轴的转角，并将其传递给所述第一微控制器；所述第一直角换向减速器通过法兰盘固定在主动侧杆机箱上，输出孔与第一轴的一端连接，输入孔与第一力矩电机输出轴的一端连接；所述第一手柄力调制信号电路的输入端与杆力传感器电路电气相连；所述第一PWM电机驱动模块输出端与所述第一力矩电机电气相连；所述第一微控制器分别和第一手柄力调制信号电路的输出端、第一PWM电机驱动模块的输入端、第一旋转变压器信号调制电路的输出端、杆力传感器、以及监控模块电气相连，用于根据获得的杆力传感器在第一轴上的杆力输出信号、第一旋转变压器信号调制电路的转角信号输出PWM波到第一PWM电机驱动模块，控制第一力矩电机的运行，同时通过自身所带的串口功能与监控模块进行串口通信，向监控模块传送侧杆模块的状态信息；所述第二微控制单元包含第二旋转变压器、第二直角换向减速器、第二力矩电机、第二微控制器、第二PWM电机驱动模块、第二手柄力调制信号电路、第二旋转变压器信号调制电路；所述第二旋转变压器的转子与第二力矩电机转轴连接，定子与第二力矩电机的外壳连接，输出端与第二旋转变压器信号调制电路输入端相连，用于测量第二力矩电机输出轴的转角，并将其传递给所述第二微控制器；所述第二直角换向减速器通过法兰盘固定在主动侧杆机箱上，输出轴与第二轴的一端连接，输入孔与第二力矩电机输出轴的一端连接；所述第二手柄力调制信号电路的输入端与杆力传感器电路电气相连；所述第二PWM电机驱动模块输出端与所述第二力矩电机电气相连；所述第二微控制器分别和第二手柄力调制信号电路的输出端、第二PWM电机驱动模块的输入端、第二旋转变压器信号调制电路的输出端、杆力传感器、以及监控模块电气相连，用于根据获得的杆力传感器在第二轴上的杆力输出信号、第二旋转变压器信号调制电路的转角信号输出PWM波到第二PWM电机驱动模块，控制第二力矩电机的运行，同时通过自身所带的串口功能与监控模块进行串口通信，向监控模块传送侧杆模块的状态信息；其特征在于，所述适用于飞机主动侧杆系统针对第一轴位置控制的摩擦补偿方法包含如下步骤：步骤A.1)，建立Stribeck摩擦模型，所述Stribeck摩擦模型的数学表达式如下：式中，Ff为摩擦转矩；Fc为库仑摩擦力矩；Fs为最大静摩擦力矩；kv为粘性摩擦力矩比例系数；v为主动侧杆的转速；vs为临界Stribeck速度；δ为预先设定的经验参数；通过Stribeck摩擦模型参数辨识实验得到Fc、Fs、kv、vs的值，确定主动侧杆转速与摩擦转矩的数学关系；步骤A.2)，主动侧杆系统在进行位置控制时，将期望位置与实际位置的偏差送入位置环，经位置环调节后输出期望转速；步骤A.3)，将期望转速与实际转速做差，送入速度环，经速度环调节后输出期望电流；步骤A.4)，采集当前主动侧杆的转速，根据Stribeck摩擦模型中主动侧杆的转速与摩擦转矩的数学关系，得到当前的摩擦转矩；步骤A.5)，根据当前的摩擦转矩得到需要补偿的摩擦转矩，所述需要补偿的摩擦转矩和当前的摩擦转矩大小相同、方向相反；将需要补偿的摩擦转矩除以第一力矩电机的转矩系数Kt，得到要补偿的电流值；步骤A.6)，将需要补偿的电流值加上期望电流后和实际电流做差，送入电流环，经电流环调节后输出第一PWM占空比信号；步骤A.7)，第一微控制器将第一PWM占空比信号输出至第一PWM电机驱动模块，控制第一力矩电机的运行，第一力矩电机拖动第一减速器旋转，第一减速器拖动主动侧杆杆体进行位置控制。