一种应用于电动舵机的高频噪声主动抑制方法与流程

本发明涉及飞行器电动舵机系统控制技术，具体涉及一种应用于电动舵机的高频噪声主动抑制方法。
背景技术：
：电动舵机是飞行器飞行控制系统的执行机构，其作用是根据控制指令操纵舵面偏转，产生操纵力矩，控制飞行器的飞行轨迹和姿态。飞行器电动舵机工作环境非常严酷复杂，易发生高频抖动现象，产生的高频噪声信号会通过指令通道和传感器反馈回路进入控制系统，使系统中的控制量叠加高频分量，造成功率驱动系统饱和输出，电机会急剧发热，从而大大降低电动舵机性能，甚至发生失效和损毁。为解决高频噪声信号对电动舵机控制系统的产生不利影响，目前对控制系统采取的措施都是增加陷波滤波器，对一定频率和幅值范围的高频噪声进行滤波，由于高频噪声具有时变特性，为了提高滤波器的鲁棒性，滤波器设计的滤波频带都会较宽，这同时会导致控制系统的动态特性降低，尤其是相位延迟显著提高，牺牲了的电动舵机性能。因此需要提出一种更加有效的方法，精准对进入控制系统的高频噪声进行滤波，同时尽量减少对电动舵机性能的影响；在系统没有高频噪声影响时，滤波器不起作用，不影响电动舵机的性能。技术实现要素：本发明目的是提供一种应用于电动舵机的高频噪声主动抑制方法，通过准确获取进入控制系统的高频噪声频率和幅值，采用陷波滤波器对当前的高频信号进行精确处理，从而达到消除高频噪声对电动舵机的影响的目的。为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：一种应用于电动舵机的高频噪声主动抑制方法，包括以下过程：通过飞行器电动舵机控制系统设有的振动传感器实时采集飞行器飞行时所述电动舵机的振动信息。通过飞行器电动舵机控制系统设有的fft变换模块对采集的振动信息进行数字离散傅里叶变换的快速算法(fastfouriertransformation，简称fft)处理，对高频噪声进行识别，辨识出高频噪声的频率和幅值。所述电动舵机控制系统采用位置环和电流环双闭环控制，将电动舵机位置指令和电动舵机位置反馈计算后生成的偏差信号增加陷波滤波器，对偏差信号进行滤波处理后进入位置环解算。陷波滤波器的中心频率和滤波深度根据高频噪声的频率的幅值进行自适应实时修正，以便精准抑制高频噪声。优选地，所述陷波滤波器的表达式为：式中：t1、ξ1分别为二阶微分环节的频率和阻尼系数；t2、ξ2分别为二阶惯性环节的频率和阻尼系数。优选地，当电动舵机控制系统有高频噪声时，通过实时调整t1、ξ1、t2、ξ2四个参数，针对高频噪声的频率和幅值改变所述陷波滤波器的中心频率和滤波深度。当电动舵机控制系统没有高频噪声时，则陷波滤波器的t1、ξ1、t2、ξ2参数全部置为0，所述陷波滤波器不影响所述电动舵机控制系统性能。本发明与现有技术相比具有以下优点：通过飞行器振动传感器可以准确获取当前高频噪声的频率，将此频率设置为陷波滤波器的中心滤波频率，从而实现对高频噪声的精确抑制。附图说明图1为本发明的电动舵机控制系统回路结构示意图；图2为本发明的陷波滤波器波德(bode)图；图3为本发明前、后的电动舵机幅相频特性曲线对比示意图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。如图1所示，本发明一种应用于电动舵机的高频噪声主动抑制方法，包含以下过程：电动舵机控制系统的回路结构包含：飞行器电动舵机，设置在所述飞行器电动舵机上的振动传感器，与所述振动传感器连接的fft变换模块；用于实现电流环控制的电流环控制器与伺服电机；以及用于实现位置环控制的位置环控制器与传动机构。通过所述振动传感器实时采集所述飞行器飞行时的电动舵机的振动信息。通过所述fft变换模块对采集的振动信息进行数字fft变换处理，对高频噪声进行识别，辨识出高频噪声的频率和幅值。电动舵机控制系统采用位置环和电流环双闭环控制，将电动舵机位置指令计算后生成的偏差信号输入至陷波滤波器，陷波滤波器的表达式为：式中：t1、ξ1分别为二阶微分环节的频率和阻尼系数；t2、ξ2分别为二阶惯性环节的频率和阻尼系数；s表示输入时域变量。通过实时调整t1、ξ1、t2、ξ2四个参数，针对高频噪声的频率和幅值改变所述陷波滤波器的中心频率和滤波深度；对上述偏差信号进行滤波处理后进入位置环解算；若系统没有高频噪声，则陷波滤波器的t1、ξ1、t2、ξ2参数全部置为0，陷波滤波器不起作用，使陷波滤波器对控制系统性能不产生影响。陷波滤波器的中心频率和滤波深度根据上述高频噪声的频率的幅值进行自适应实时修正，以便精准抑制高频噪声。表1列举了采用以0.5v指令扫频得出的本发明前、后舵系统频域性能指标对比数据，图2为陷波滤波器波德图。图3为本发明前、后电动舵机幅相频特性对比曲线。表1电动舵机性能指标对比指标发明前发明后谐振峰(db)0.050.15带宽(hz)20.620.620hz相位滞后(°)64.156.2可以看出，电动舵机本身的动态性能谐振峰和带宽基本维持不变，系统的相位滞后显著减小，20hz相位滞后由64.1°降至56.2°，提高了12.3％。综上所述，本发明通过利用飞行器振动传感器实时采集飞行过程中的振动信息，对其进行fft变换获得高频噪声的频率和幅值，同时，在电动舵机控制系统中，将电动舵机位置指令和电动舵机电流反馈计算后生成的偏差信号增加陷波滤波器，对偏差信号进行滤波处理，陷波滤波器的中心滤波频率和滤波深度即为振动传感器辨识出的高频噪声频率和幅值，并且根据高频噪声频率和幅值的变化实时自适应修正陷波滤波器的中心频率和幅值。本发明通过飞行器振动传感器可以准确辨识出当前高频噪声的频率和幅值，将此频率设置为陷波滤波器的中心滤波频率，并确定滤波深度，从而实现对高频噪声的精确抑制；在系统没有高频噪声影响时，滤波器不起作用，不影响电动舵机的性能。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。当前第1页12