• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于某振動(dòng)場(chǎng)景的直升機(jī)飛控系統(tǒng)陷波器設(shè)計(jì)

      2022-06-22 02:23:56付益愷孟文杰
      直升機(jī)技術(shù) 2022年2期
      關(guān)鍵詞:沃斯陷波巴特

      付益愷,孟文杰,何 野

      (中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所,江西 景德鎮(zhèn) 333001)

      0 引言

      在直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,如何抑制不同頻率點(diǎn)的振動(dòng)噪聲一直以來都是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在實(shí)際的試驗(yàn)/試飛過程中,在地面試車或滑行階段,常會(huì)出現(xiàn)不同頻率的低頻異常振動(dòng)。

      對(duì)于振動(dòng)噪聲的抑制,低階的IIR低通濾波器(如二階巴特沃斯低通濾波器)是一種可供考慮的選項(xiàng)。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,運(yùn)算速度快,但也存在兩個(gè)明顯的缺點(diǎn):一是造成較大的相位滯后,這種滯后可能導(dǎo)致姿態(tài)的超調(diào)甚至發(fā)散;第二點(diǎn)是由于真實(shí)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)有非周期項(xiàng),頻域上會(huì)鋪滿整個(gè)頻譜,低通濾波器的引入使得這部分信號(hào)失真。使用帶阻濾波器則可以完美解決以上兩個(gè)問題。

      帶阻濾波器可以分為很多種類型,在直升機(jī)振動(dòng)抑制領(lǐng)域,陷波濾波器成為熱點(diǎn)。陷波器通常指二階帶阻濾波器,其幅頻特性曲線如圖1所示。其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單程度和運(yùn)算速度與二階低通濾波器相當(dāng),適合工程應(yīng)用。

      圖1 陷波器幅頻特性曲線

      理論上,濾波器階數(shù)越高越接近理想濾波器,但濾波器階數(shù)達(dá)到一定值后再增加階數(shù),其逼近程度并不再顯著提高,但計(jì)算量依然增加,所以理論上不再需要無窮大的階數(shù)。

      實(shí)際編程中,隨著階數(shù)無限升高,更根本的問題是計(jì)算機(jī)積累誤差凸顯,將使其與理想濾波器相去甚遠(yuǎn),最終時(shí)域幅值嚴(yán)重失真,所以實(shí)際應(yīng)用中濾波器階數(shù)也不是越高越好。

      本文針對(duì)某型直升機(jī)實(shí)際試飛過程中出現(xiàn)的振動(dòng)問題設(shè)計(jì)了一種二階帶阻陷波器,并進(jìn)一步從理論分析和數(shù)值仿真的角度對(duì)干擾信號(hào)的抑制效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

      1 振動(dòng)場(chǎng)景分析

      直升機(jī)振動(dòng)的源頭主要包括旋翼等旋轉(zhuǎn)部件周期激勵(lì)及氣動(dòng)力等引起的寬帶隨機(jī)激勵(lì)。以某型機(jī)為例,周期激勵(lì)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)主要包括旋翼1(4.3 Hz)、5(21.5 Hz),尾槳1(19.8 Hz)、4(79.3 Hz)等;紊亂的氣動(dòng)力引起隨機(jī)激勵(lì)產(chǎn)生以全機(jī)/部件模態(tài)頻率為特征的振動(dòng)響應(yīng),模態(tài)響應(yīng)因存在阻尼,一般情況下幅值很低且可以衰減。

      正常情況機(jī)體在寬帶隨機(jī)激勵(lì)下存在低量值、可衰減的振動(dòng)響應(yīng)(頻率成分很多,幅值<0.04 g)。直升機(jī)處于增穩(wěn)模式時(shí),低量值的振動(dòng)響應(yīng)逐步增大,同時(shí)角速率、主槳舵機(jī)輸出、周期變距角等的幅值逐步增大,小量值的振動(dòng)響應(yīng)通過角速率反饋耦合到飛控系統(tǒng)中,進(jìn)一步反映到飛控系統(tǒng)的指令及舵機(jī)輸出中,主槳舵機(jī)作用到旋翼,形成周期激勵(lì)作用到機(jī)體上,從而導(dǎo)致全機(jī)異常振動(dòng)(見圖2)。飛控系統(tǒng)不是產(chǎn)生振動(dòng)的源頭,但飛控系統(tǒng)的角速率反饋是異常振動(dòng)的關(guān)鍵途徑,為異常振動(dòng)的增大和持續(xù)提供能量。

      圖2 異常振動(dòng)場(chǎng)景分析

      在上述場(chǎng)景引發(fā)的直升機(jī)異常振動(dòng)中,飛控系統(tǒng)增穩(wěn)模式的角速率反饋是振動(dòng)增大的途徑。想要抑制振動(dòng)的加劇,最佳的解決方法就是切斷異常振動(dòng)到飛控舵機(jī)輸出之間的反饋,從而切斷異常振動(dòng)增大的途徑。

      為解決上述問題,本文基于無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器的設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)了一種陷波濾波器,切斷了機(jī)體振動(dòng)到飛控系統(tǒng)間的耦合,抑制了寬頻隨機(jī)激勵(lì)引發(fā)的直升機(jī)異常振動(dòng)。

      2 濾波器模型

      在陷波濾波器的設(shè)計(jì)中,最常使用的是理想陷波器、巴特沃斯陷波濾波器和高斯陷波濾波器。三種陷波濾波器的參數(shù)模型如表1所示。

      表1 常用陷波濾波器模型

      理想濾波器、二階巴特沃斯陷波濾波器和高斯陷波濾波器的透視圖如圖3-圖5所示。

      由三種陷波器的透視圖和模型可以看出,理想濾波器在以(,)為圓心,為半徑的圓內(nèi)截?cái)嗨蓄l率,在圓外通過所有頻率,其濾波非常尖銳;而高斯濾波器的濾波則非常平滑。巴特沃斯濾波器介于兩者之間,當(dāng)巴特沃斯濾波器的階數(shù)較高時(shí),接近于理想濾波器,階數(shù)較低時(shí),則接近于高斯濾波器。

      理想濾波器和高斯陷波濾波器都是線性濾波器,能夠有效地抑制噪聲,平滑圖像,計(jì)算量較大,常用作圖像處理,并不常被應(yīng)用于工程實(shí)踐中。

      在直升機(jī)飛控系統(tǒng)的陷波器設(shè)計(jì)中,本文采用了巴特沃斯濾波器的形式。該濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦,沒有起伏,而在阻頻帶則逐漸下降為零。在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率波特圖上,從某一邊界角頻率開始,振幅隨著角頻率的增加而逐漸減少,趨向負(fù)無窮大,它在通頻帶內(nèi)外都有平穩(wěn)的幅頻特性。

      3 仿真分析

      3.1 二階巴特沃斯濾波器

      本節(jié)利用實(shí)際試飛數(shù)據(jù),通過數(shù)值仿真,進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的陷波濾波器對(duì)異常振動(dòng)的抑制效果。

      為測(cè)試二階巴特沃斯陷波器的濾波效果,首先通過一組測(cè)試信號(hào)進(jìn)行陷波濾波器的測(cè)試。由于在實(shí)際試飛中,4.3 Hz和13 Hz這兩個(gè)頻率的隨機(jī)激勵(lì)常被引入到飛控系統(tǒng)的角速率反饋回路中,因此,下文中將重點(diǎn)針對(duì)這兩個(gè)頻率的擾動(dòng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

      通過圖6仿真結(jié)果可知,將同時(shí)包含4.3 Hz和13 Hz兩種頻率的信號(hào)進(jìn)行陷波濾波,通過陷波濾波器后,信號(hào)僅剩下4.3 Hz。同理,圖7也能獲得相同效果。

      圖6 陷波濾波器頻率4.3 Hz

      圖7 陷波濾波器13Hz

      現(xiàn)加入實(shí)際試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真,仿真效果見圖8、圖9。如圖所示,控制律引用角速率數(shù)據(jù)時(shí),其幅值已衰減為原始采集值的20%至25%,陷波濾波器濾波效果良好。

      圖8 陷波前——角速率信號(hào)

      圖9 陷波后——角速率信號(hào)

      3.2 改進(jìn)算法

      二階陷波濾波器適合工程應(yīng)用,但由于每次飛行時(shí)直升機(jī)的掛載、重量、重心等狀態(tài)均不同,且傳感器的測(cè)量精度有限,會(huì)存在一定誤差,造成直升機(jī)在不同狀態(tài)下振動(dòng)干擾基頻帶的中心頻率可能也會(huì)存在一定偏差。因此,有必要使用帶寬更寬的帶阻濾波器進(jìn)行飛控系統(tǒng)的噪聲抑制。

      由傅里葉變換的對(duì)稱性可知,零相移濾波器必須關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱,一個(gè)中心位于(,)的陷波器在位置(-,-)必須有一個(gè)對(duì)應(yīng)的陷波,可以稱之為陷波對(duì)。

      陷波帶阻濾波器可以由若干個(gè)以(,)為中心的高通濾波器對(duì)的乘積來構(gòu)造。設(shè)計(jì)原理如下:

      1)一個(gè)以(,)為中心的高通濾波器完成對(duì)頻率(,)和(-,-)的篩選;

      2)頻域?qū)⒍鄠€(gè)陷波對(duì)相乘,意味著空間域與這些陷波對(duì)逐個(gè)卷積,依次完成對(duì)各個(gè)陷波對(duì)中心頻率的篩選。

      依據(jù)上文二階陷波濾波器的結(jié)構(gòu),就能推導(dǎo)出包含多個(gè)陷波對(duì)的陷波帶阻濾波器,其濾波器結(jié)構(gòu)如下:

      ,(,)=

      (1)

      其中,0是每個(gè)陷波對(duì)的陷波帶寬。

      理想、巴特沃斯和高斯陷波帶阻濾波器的透視圖如圖10所示。

      根據(jù)式(1)設(shè)計(jì)一種陷波頻率為4.3 Hz和13 Hz的四階陷波帶阻巴特沃斯濾波器,利用實(shí)際試飛數(shù)據(jù),對(duì)三軸角速率注入1 Hz至15 Hz的激勵(lì),輸入和輸出對(duì)比如圖13-圖15所示。

      圖13 俯仰角速率

      圖14 橫滾角速率

      圖15 偏航角速率

      由仿真結(jié)果可知,在4.3 Hz和13 Hz附近,角速率信號(hào)原始輸入幅值衰減為激勵(lì)值的10%以下,陷波帶阻濾波器濾波效果良好,可以有效抑制多組不同頻率隨機(jī)激勵(lì)耦合入飛控系統(tǒng)反饋回路所造成的異常振動(dòng)。

      4 結(jié)論

      直升機(jī)的振動(dòng)是由于旋翼本身的特性而與直升機(jī)長(zhǎng)期共存的固有問題。通常來說,直升機(jī)的振動(dòng)可以分為周期激勵(lì)和隨機(jī)激勵(lì),而隨機(jī)激勵(lì)常會(huì)隨反饋信號(hào)進(jìn)入飛控系統(tǒng)的反饋控制回路,存在加劇全機(jī)異常振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn),給飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了困難。本文針對(duì)該問題分別設(shè)計(jì)了二階陷波濾波器和四階陷波帶阻濾波器,該濾波器具有以下優(yōu)點(diǎn):①算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;②計(jì)算量低;③工程應(yīng)用性強(qiáng)。并且分別從理論分析和數(shù)值仿真驗(yàn)證的角度,驗(yàn)證了上述濾波器算法的濾波精度和效果,為解決隨機(jī)激勵(lì)進(jìn)入直升機(jī)飛控系統(tǒng)反饋回路的問題提出了可供參考的途徑。

      猜你喜歡
      沃斯陷波巴特
      自己的歌
      安迪·高茲沃斯——塑造自然的藝術(shù)家
      量一量你的熱愛
      巴特王國(guó)的故事 第四章 糟糕,假戲做歪了
      溫度對(duì)陷波網(wǎng)絡(luò)阻抗的影響
      雨天
      遺傳算法在UWB陷波天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
      葉尼塞碑銘威巴特第九碑淺釋
      衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基于IIR陷波器的單頻干擾抑制性能分析
      晨練的男人
      故事會(huì)(2014年5期)2014-05-14 15:24:16
      邯郸市| 祁东县| 高淳县| 江北区| 台南县| 四子王旗| 广汉市| 平遥县| 平邑县| 秦安县| 东台市| 冷水江市| 新龙县| 府谷县| 武川县| 龙岩市| 南丹县| 额敏县| 龙井市| 义马市| 抚远县| 依兰县| 崇信县| 日照市| 邓州市| 玉林市| 简阳市| 周口市| 武城县| 玉田县| 西宁市| 化州市| 武陟县| 长岛县| 彰武县| 苗栗市| 达州市| 桐乡市| 本溪| 阳朔县| 黑龙江省|