本發(fā)明涉及操縱負(fù)荷，具體涉及一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法。

背景技術(shù)：

1、操縱負(fù)荷主要是模擬飛機(jī)的操縱特性，為飛行員提供與操縱真實(shí)飛機(jī)相同的負(fù)荷感覺。操縱負(fù)荷能夠?qū)崟r(shí)、逼真地模擬飛機(jī)在不同飛行條件下和不同操縱模式下操縱系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性，提供飛行員一種駕駛真實(shí)飛機(jī)的感受。目前操縱負(fù)荷的工作模式主要是通過操縱負(fù)荷計(jì)算機(jī)運(yùn)行內(nèi)外環(huán)模型，外環(huán)模型根據(jù)前端位置去計(jì)算當(dāng)前位置應(yīng)該產(chǎn)生模型力的大小，然后將經(jīng)過力傳動(dòng)比換算后的模型力送入內(nèi)環(huán)模型。內(nèi)環(huán)模型根據(jù)力傳感器所反饋的力信號(hào)，進(jìn)行閉環(huán)控制解算出相應(yīng)的控制量，并通過ethercat協(xié)議將控制指令下發(fā)至驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器在接收到控制指令后，由晶體管開關(guān)產(chǎn)生脈寬調(diào)制輸出電壓，控制電機(jī)作動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)力感。

2、操縱負(fù)荷當(dāng)前主要采用的是按偏差的比例(p)、積分(i)和微分(d)進(jìn)行控制的pid控制算法對(duì)模型力進(jìn)行跟蹤。然而操縱負(fù)荷要求具有響應(yīng)速度快、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，同時(shí)電機(jī)的力矩輸出波動(dòng)要盡可能小。由于傳統(tǒng)的pid控制算法僅靠比例增益和加速度增益去調(diào)節(jié)操縱負(fù)荷系統(tǒng)的響應(yīng)程度，易導(dǎo)致響應(yīng)不夠，反應(yīng)在操縱手感上存在明顯的力感遲滯現(xiàn)象。同時(shí)傳統(tǒng)pid控制算法解算出的電流控制指令未經(jīng)過補(bǔ)償，導(dǎo)致電機(jī)的齒槽感較明顯，嚴(yán)重影響操縱手感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法，在傳統(tǒng)pid控制算法的基礎(chǔ)上引入了模型力補(bǔ)償，將內(nèi)環(huán)模型解算出的控制量換算為電流信號(hào)，同時(shí)基于編碼器所反饋的當(dāng)前電機(jī)的電角度，將電角度對(duì)應(yīng)的電流波動(dòng)補(bǔ)償至下發(fā)的電流信號(hào)，最后將補(bǔ)償后電流信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)器電流環(huán)的輸入。本發(fā)明有效利用了電流環(huán)頻率響應(yīng)高的特性，實(shí)現(xiàn)了從內(nèi)環(huán)模型到電流環(huán)的雙閉環(huán)控制算法的搭建，有效保證了操縱負(fù)荷內(nèi)環(huán)模型的響應(yīng)特性，解決了傳統(tǒng)pid控制算法在進(jìn)行力跟蹤控制時(shí)，在高頻率和大幅度操縱的工況下存在響應(yīng)較慢、控制精度不高的問題。

2、本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法，包含以下步驟：

4、步驟1：將電機(jī)執(zhí)行端的外環(huán)模型力作為內(nèi)環(huán)模型的輸入；

5、步驟2：將電機(jī)的力矩作為內(nèi)環(huán)模型的反饋，和內(nèi)環(huán)模型的輸入作差并同時(shí)減去力偏移和阻尼力，得到力跟蹤誤差信號(hào)；

6、步驟3：將力跟蹤誤差信號(hào)除以慣量系數(shù)得到加速度誤差信號(hào)；

7、步驟4：對(duì)加速度誤差信號(hào)進(jìn)行積分得到速度誤差信號(hào)，同時(shí)將速度誤差信號(hào)乘上阻尼系數(shù)得到前端阻尼力，作為內(nèi)環(huán)模型輸入的負(fù)反饋；

8、步驟5：對(duì)速度誤差信號(hào)進(jìn)行積分得到位置誤差信號(hào)，和實(shí)際的電機(jī)位置作差得到位置跟蹤誤差信號(hào)；

9、步驟6：將所計(jì)算出的加速度誤差信號(hào)、速度誤差信號(hào)以及位置跟蹤誤差信號(hào)，分別乘上加速度增益、速度增益和位置增益，再和電機(jī)端外環(huán)模型力一起求和得到控制量；

10、步驟7：將控制量換算成對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，將電流信號(hào)下發(fā)給驅(qū)動(dòng)器，并在驅(qū)動(dòng)器端對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。

11、較佳地，步驟1中電機(jī)執(zhí)行端的外環(huán)模型力的獲取方法為：使用位置傳動(dòng)比將電機(jī)執(zhí)行端的位置換算到操縱桿端的位置，經(jīng)過外環(huán)模型的計(jì)算，得到該操縱桿端位置所對(duì)應(yīng)的外環(huán)模型力，再經(jīng)過力傳動(dòng)比換算至電機(jī)執(zhí)行端的外環(huán)模型力。

12、較佳地，步驟2中電機(jī)的力矩是對(duì)力傳感器采集到模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，同時(shí)引入均值算法做濾波后獲得。

13、較佳地，步驟7中電流補(bǔ)償?shù)姆椒椋?/p>

14、7-1：從記錄的數(shù)據(jù)文件中查表，找出iq軸電流的峰值和谷值，峰值和谷值之間的區(qū)間即為電流波動(dòng)范圍；

15、7-2：減去電位角偏置，建立位置索引；

16、7-3：根據(jù)電角度和電流波動(dòng)范圍進(jìn)行索引，找出電角度對(duì)應(yīng)的電流值；

17、根據(jù)電角度索引出的電流值疊加到內(nèi)環(huán)模型下發(fā)至驅(qū)動(dòng)器的電流指令，將其作為驅(qū)動(dòng)器電流環(huán)的輸入，實(shí)現(xiàn)整個(gè)操縱負(fù)荷系統(tǒng)的力閉環(huán)控制。

18、本發(fā)明的有益效果在于：

19、1)在傳統(tǒng)pid控制算法的基礎(chǔ)上引入了模型力補(bǔ)償，能夠滿足操縱負(fù)荷系統(tǒng)各種工況下的控制精度，相較于傳統(tǒng)的pid控制算法大大提高了響應(yīng)速度。

20、2)基于驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)實(shí)現(xiàn)力閉環(huán)控制，電流環(huán)作為驅(qū)動(dòng)器三環(huán)的最內(nèi)環(huán)，其響應(yīng)頻率最高能達(dá)到幾十千赫茲，高頻率響應(yīng)使得電流環(huán)能夠迅速地對(duì)電流變化做出反應(yīng)。驅(qū)動(dòng)器根據(jù)力傳感器的反饋信號(hào)與模型力之間的誤差，通過調(diào)整電機(jī)的電流來控制力矩輸出，當(dāng)力傳感器檢測(cè)到實(shí)際力矩小于目標(biāo)力矩時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)增加電機(jī)的電流，以提高力矩輸出；反之，當(dāng)實(shí)際力矩大于目標(biāo)力矩時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)減小電流以降低力矩輸出。通過這種方式，驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)力矩的精確控制。

21、3)根據(jù)電角度對(duì)應(yīng)的iq電流的大小，建立電角度和電流的索引關(guān)系，無需建立表格，該方法方便快捷，在很大程度上能夠抑制電機(jī)轉(zhuǎn)子在經(jīng)過極槽時(shí)的電流波動(dòng)，保證平穩(wěn)順滑的操縱力感。

技術(shù)特征：

1.一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法，其特征在于包含以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于力補(bǔ)償?shù)牟倏v力感模擬方法，將電機(jī)執(zhí)行端的外環(huán)模型力作為內(nèi)環(huán)模型的輸入；將電機(jī)的力矩作為內(nèi)環(huán)模型的反饋，和內(nèi)環(huán)模型的輸入作差并同時(shí)減去力偏移和阻尼力，得到力跟蹤誤差信號(hào)；將力跟蹤誤差信號(hào)除以慣量系數(shù)得到加速度誤差信號(hào)；對(duì)加速度誤差信號(hào)進(jìn)行積分得到速度誤差信號(hào)；對(duì)速度誤差信號(hào)進(jìn)行積分得到位置誤差信號(hào)，和實(shí)際的電機(jī)位置作差得到位置跟蹤誤差信號(hào)；將加速度誤差信號(hào)、速度誤差信號(hào)以及位置跟蹤誤差信號(hào)分別乘上對(duì)應(yīng)增益，再和電機(jī)端外環(huán)模型力一起求和得到控制量；將控制量換算成對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，將電流信號(hào)下發(fā)給驅(qū)動(dòng)器，并在驅(qū)動(dòng)器端對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。相較于傳統(tǒng)的PID控制算法大大提高了響應(yīng)速度。

技術(shù)研發(fā)人員：秦俊杰,謝建峰,張強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中航航空模擬系統(tǒng)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9