張喆　韓意新

摘 要：文章對直升機(jī)電動負(fù)荷操縱系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行了闡述，首先推導(dǎo)了電動負(fù)荷系統(tǒng)的人感模型運(yùn)動方程，包括桿力數(shù)學(xué)模型、庫侖力數(shù)學(xué)模型。其次，建立了電動負(fù)荷系統(tǒng)的控制策略，搭建了控制律框圖，該框圖清楚描述了軟硬件的控制過程。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；電動負(fù)荷操縱系統(tǒng)；控制策略

引言

直升機(jī)電動負(fù)荷操縱系統(tǒng)的基本原理是通過安裝于電動加載單元桿力傳感器感受駕駛員的操縱力，桿位移傳感器檢測桿的當(dāng)前位置，送到主動桿控制器的DSP芯片，運(yùn)行于DSP芯片的軟件解算人感數(shù)學(xué)模型，最終輸出到電動加載單元伺服電機(jī)的電壓空間矢量，使人感加載機(jī)構(gòu)單元跟蹤桿位移指令，驅(qū)動操縱桿，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的人感效果。

本文設(shè)計了一套電動負(fù)荷操縱系統(tǒng)的控制方法，該方法實(shí)現(xiàn)了對多種人感特性的模擬。

1 人感系統(tǒng)建模

1.2 桿力數(shù)學(xué)模型

桿力-桿位移特性曲線描述了駕駛桿力和桿位移之間的關(guān)系。不同型號飛機(jī)的桿力-桿位移特性曲線是不同的。桿力-桿位移特性曲線具有預(yù)載的三梯度特性，預(yù)載是為了增強(qiáng)駕駛桿回中特性及增強(qiáng)中立位置的定中性。為了使飛行員在小桿量操縱下桿力不要過輕，所以第一段梯度較大。同理，為了使飛行員在大桿量操縱下桿力不要太大，第二段梯度較小，第三段梯度最小。

以飛機(jī)縱向通道為例，桿力-桿位移特性曲線如圖1所示。按照需求，這里縱向通道的F0為30N，橫向通道的F0為30N，航向通道的F0為70N。

飛行員前后推拉操縱駕駛盤，通過機(jī)械桿系帶動載荷機(jī)構(gòu)，使飛行員感受到桿力的存在，同時還能感受到與操作速度成正比的阻尼力。因此，由桿力-桿位移特性曲線計算出操縱桿力F后，還應(yīng)考慮阻尼力、慣性力的影響，從而得到模型桿力。

即：模型桿力=操縱桿力+阻尼力+慣性力。

偏差力=操縱桿力-實(shí)測力。

其中，阻尼力系數(shù)和慣性力系數(shù)是根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)際情況確定的。

1.3 庫倫摩擦力

庫倫摩擦力f0的非線性特性見圖2，為了簡單起見，將這個特性簡化成圖3的形式。

2 控制策略

控制策略如圖4所示，可以看出人感模型包括非線性特性和動態(tài)特性，可變?nèi)烁刑匦酝ㄟ^設(shè)置操縱系統(tǒng)的模型參數(shù)實(shí)現(xiàn)。通過調(diào)節(jié)啟動力、摩擦力、桿力梯度等參數(shù)可以調(diào)節(jié)人感系統(tǒng)的非線性特性；通過調(diào)節(jié)頻率、阻尼、摩擦力、慣量等參數(shù)可以調(diào)節(jié)人感系統(tǒng)的動態(tài)特性。操縱人員的操縱信號經(jīng)過非線性和動態(tài)特性處理，輸出加載指令。

根據(jù)以上研究成果，形成電動負(fù)荷系統(tǒng)控制過程的簡圖，如圖5所示。控制過程為：當(dāng)飛行員操縱駕駛桿時，位移傳感器采集位移行程輸送至人感計算機(jī)，根據(jù)人感數(shù)學(xué)模型行程力指令，力指令驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)，輸出期望的力，同時力傳感器采集伺服機(jī)構(gòu)輸出力的大小，行程閉環(huán)控制系統(tǒng)，對輸出力的大小進(jìn)行校正，提高力控精度。

3 結(jié)束語

直升機(jī)的電動負(fù)荷操縱系統(tǒng)需要對多種人感特性進(jìn)行模擬，在控制系統(tǒng)設(shè)計中，需要完善的人感系統(tǒng)模型，本文對這種人感系統(tǒng)模型進(jìn)行了細(xì)致的推導(dǎo)，可應(yīng)用于后期的工程實(shí)踐當(dāng)中。同時，本文提出了一種完整的控制律結(jié)構(gòu)，包含人感系統(tǒng)非線性模型和動態(tài)特性模型，軟硬件回路，對后期的工程化極具參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]黨維.電動式操縱負(fù)荷系統(tǒng)控制技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2011.

[2]王輝，許守林，馮英進(jìn)等.飛行模擬器操縱負(fù)荷力加載控制系統(tǒng)的試驗研究[J].中國機(jī)械工程，2008，19（14）：1720-1723.