CN110498038A - 旋翼飞行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋翼飞行器以及用于控制旋翼飞行器的方法。在实施方式中，旋翼飞行器包括：旋翼系统；传感器；飞行控制装置；以及飞行控制计算机(FCC)，FCC耦接至旋翼系统、传感器和飞行控制装置，FCC被配置成：确定旋翼系统的旋转速度；根据旋翼系统的旋转速度，从多个气动伺服弹性滤波器配置中选择第一气动伺服弹性滤波器配置，气动伺服弹性滤波器配置是与旋翼系统的不同旋转速度对应的预定配置；从传感器接收信号；根据第一气动伺服弹性滤波器配置对信号滤波；并且根据滤波的信号调整飞行控制装置。

Description

旋翼飞行器及其控制方法

技术领域

本发明涉及旋翼飞行器以及用于控制旋翼飞行器的方法。

背景技术

旋翼飞行器可以包括一个或更多个旋翼系统，所述一个或更多个旋翼系统包括一个或更多个主旋翼系统。主旋翼系统生成空气动力升力以支撑旋翼飞行器在飞行中的重量，并且推动旋翼飞行器向前飞行。旋翼飞行器旋翼系统的另一示例是尾旋翼系统。尾旋翼系统可以在与主旋翼系统的旋转相同的方向上生成推力，以抵消由主旋翼系统产生的扭矩效应。为了旋翼飞行器平稳并且高效地飞行，飞行员平衡发动机功率、主旋翼总距推力、主旋翼周期距推力和尾旋翼推力，并且控制系统可以帮助飞行员稳定旋翼飞行器并且减少飞行员的工作负荷。

发明内容

在实施方式中，一种方法包括：确定旋翼飞行器的旋翼系统的旋转速度；根据旋翼系统的旋转速度，从多个气动伺服弹性滤波器配置中选择第一气动伺服弹性滤波器配置，气动伺服弹性滤波器配置中的每一个是与旋翼系统的不同的相应旋转速度对应的预定配置；从旋翼飞行器的传感器接收信号；根据第一气动伺服弹性滤波器配置对信号滤波；以及根据经滤波的信号调整旋翼飞行器的飞行控制装置。

在一些实施方式中，该方法还包括：在选择第一气动伺服弹性滤波器配置之前，改变与旋翼系统连接的发动机的输出功率，使得旋翼系统的旋转速度变化。在该方法的一些实施方式中，响应于改变发动机的输出功率来选择第一气动伺服弹性滤波器配置。在一些实施方式中，该方法还包括：在改变发动机的输出功率之后从第二气动伺服弹性滤波器配置向第一气动伺服弹性滤波器配置转变，第二气动伺服弹性滤波器配置与在改变发动机的输出功率之前旋翼系统的旋转速度对应。在该方法的一些实施方式中，气动伺服弹性滤波器配置中的每一个与不同的相应中心滤波频率对应。在该方法的一些实施方式中，对于气动伺服弹性滤波器配置中的每一个，相应中心滤波频率是与旋翼飞行器在旋翼系统的相应旋转速度下的不同模态频率对应的预定值。在该方法的一些实施方式中，传感器是速率传感器。在该方法的一些实施方式中，传感器是加速度计。在该方法的一些实施方式中，传感器是飞行员飞行控制器。

在实施方式中，旋翼飞行器包括：旋翼系统；传感器；飞行控制装置；以及飞行控制计算机(FCC)，FCC与旋翼系统、传感器和飞行控制装置耦接，FCC被配置成：确定旋翼系统的旋转速度；根据旋翼系统的旋转速度，从多个气动伺服弹性滤波器配置中选择第一气动伺服弹性滤波器配置，气动伺服弹性滤波器配置是与旋翼系统的不同旋转速度对应的预定配置；从传感器接收信号；根据第一气动伺服弹性滤波器配置对信号滤波；并且根据经滤波的信号调整飞行控制装置。

在一些实施方式中，旋翼飞行器还包括：发动机，连接至旋翼系统，其中FCC还被配置成改变发动机的输出功率，使得旋翼系统的旋转速度变化。在旋翼飞行器的一些实施方式中，响应于改变发动机的输出功率来选择第一气动伺服弹性滤波器配置。在旋翼飞行器的一些实施方式中，FCC还被配置成：从第二气动伺服弹性滤波器配置向第一气动伺服弹性滤波器配置转变，第二气动伺服弹性滤波器配置与在改变发动机的输出功率之前旋翼系统的旋转速度对应。在旋翼飞行器的一些实施方式中，气动伺服弹性滤波器配置中的每一个与不同的相应中心滤波频率对应。在旋翼飞行器的一些实施方式中，对于气动伺服弹性滤波器配置中的每一个，相应的中心滤波频率是与旋翼飞行器在旋翼系统的相应旋转速度下的不同模态频率对应的预定值。在旋翼飞行器的一些实施方式中，传感器是速率传感器。在旋翼飞行器的一些实施方式中，传感器是加速度计。在旋翼飞行器的一些实施方式中，传感器是飞行员飞行控制器。

在实施方式中，旋翼飞行器包括：发动机，连接至旋翼系统；飞行员飞行控制器；飞行控制装置；以及飞行控制计算机(FCC)，FCC与发动机、飞行员飞行控制器和飞行控制装置耦接，FCC被配置成：检测发动机的功率输出的变化；响应于发动机的功率输出的变化来确定第一气动伺服弹性滤波器配置，第一气动伺服弹性滤波器配置包括多个滤波器权重和中心频率；从飞行员飞行控制器接收信号；根据第一气动伺服弹性滤波器配置的滤波器权重和中心频率对信号滤波；并且根据滤波的信号调整飞行控制装置。

在旋翼飞行器的一些实施方式中，第一气动伺服弹性滤波器配置的滤波器权重和中心频率各自与陷波滤波器或带通滤波器对应。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1示出了根据一些实施方式的旋翼飞行器；

图2A是根据一些实施方式的电传飞行控制系统的框图；

图2B示出了根据一些实施方式的驾驶舱的内部；

图3是根据一些实施方式的三环飞行控制系统的框图；以及

图4是根据一些实施方式的用于气动伺服弹性滤波的方法的流程图。

具体实施方式

下面描述本公开内容的系统和方法的说明性实施方式。为了清楚起见，本说明书中可能未描述实际实现方式的所有特征。当然可以理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，可以作出许多实现方式特定的决策以实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束条件，这将随实现方式的不同而改变。此外，应认识到，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言仍然是常规任务。

在本文中，在附图中描绘装置时，可以参考各个部件之间的空间关系以及部件的各个方面的空间取向，。然而，如本领域技术人员在完整阅读本公开内容之后将认识到的，本文描述的装置、构件、设备等可以以任何期望的取向定位。因此，使用诸如“在...之上”、“在...之下”、“上”、“下”的术语或其他类似术语来描述各个部件之间的空间关系或者描述这些部件的各方面的空间取向应该被分别理解成描述部件之间的相对关系或者这些部件的各方面的空间取向，如本文描述的装置可以在任何期望的方向上取向。

越来越多地使用旋翼飞行器，特别是用于商业应用和工业应用，导致更大更复杂的旋翼飞行器的发展。然而，随着旋翼飞行器变得更大并且更复杂，飞行旋翼飞行器和固定翼飞行器之间的差异变得更加明显。由于旋翼飞行器使用一个或更多个主旋翼来同时提供升力、控制姿态、控制高度并提供侧向或位置移动，因此不同的飞行参数和控制彼此紧密耦合，因为主旋翼的空气动力学特性影响每个控制以及移动轴。例如，旋翼飞行器在巡航速度或高速下的飞行特性可能与悬停时或相对低速下的飞行特性显著不同。另外，主旋翼上的不同轴的不同飞行控制输入例如周期距输入(cyclic input)或总距输入(collectiveinput)影响旋翼飞行器的其他飞行控制或飞行特性。例如，使旋翼飞行器的机头向前俯仰以增加前进速度通常将导致旋翼飞行器降低高度。在这种情况下，可以增加总距(collective)以保持水平飞行，但是总距的增加需要主旋翼处的功率增加，而这又需要来自尾旋翼的额外的反扭矩力。这与固定翼系统形成对比，在固定翼系统中，控制输入较少彼此紧密关联并且不同速度机制下的飞行特性彼此比较密切相关。

最近，在旋翼飞行器中引入了电传操纵(FBW)系统，以辅助飞行员稳定地驾驶旋翼飞行器并且减少飞行员的工作负荷。FBW系统可以在不同的飞行机制下针对周期距控制输入、踏板控制输入或总距控制输入提供不同的控制特性或响应，并且可以通过解耦物理飞行特性来提供稳定性辅助或增强，使得飞行员免于需要补偿发送给旋翼飞行器的一些飞行命令。FBW系统可以在布置在飞行员飞行控制器和飞行控制系统之间的一个或更多个飞行控制计算机(FCC)中实现，从而向飞行控制提供校正，这帮助更有效地操作旋翼飞行器或者使旋翼飞行器进入稳定飞行模式，同时仍允许飞行员改写FBW控制输入。旋翼飞行器中的FBW系统可以例如自动调整发动机的功率输出以匹配总距控制输入、在周期距控制输入期间应用总距校正或功率校正、提供一个或更多个飞行控制过程的自动化、提供默认或建议的控制定位等。

用于旋翼飞行器的FBW系统必须针对FBW系统控制的飞行参数提供稳定的飞行特性，同时允许飞行员改写或调整由FBW系统建议的任何建议飞行参数。此外，在为旋翼飞行器飞行提供增强控制和自动化功能中，FBW系统必须保持飞行控制系统对飞行员而言直观且容易使用。因此，FBW系统调整飞行员飞行控制器，使得控制器处于与相关飞行参数相关联的位置。例如，FBW系统可以调整总距杆(collective stick)以提供建议飞行参数或FBW系统控制飞行参数，并且所述飞行参数反映总距设置或功率设置。因此，当飞行员释放总距杆并且FBW系统提供总距控制命令时，总距杆关于实际功率设置或总距设置直观地定位，使得当飞行员抓住总距杆以重新取得控制时，控制杆位于针对主旋翼的实际总距设置飞行员期望操纵杆被定位的位置处。类似地，FBW系统使用周期距杆(cyclicstick)来例如调整飞行路径的湍流、漂移或其他干扰，并且可以在FBW系统补偿周期距控制时移动周期距杆。因此，当飞行员抓住周期距杆以从FBW系统取得对飞行的控制时，周期距杆被定位成反映实际的周期距设置。

图1示出了根据一些实施方式的旋翼飞行器101。旋翼飞行器101具有主旋翼系统103，主旋翼系统103包括多个主旋翼桨叶105。每个主旋翼叶片105的桨距可以由斜盘107控制，以便选择性地控制旋翼飞行器101的姿态、高度和移动。斜盘107可以用于集体地和/或循环地地改变主旋翼桨叶105的桨距。旋翼飞行器101还具有反扭矩系统，反扭矩系统可以包括尾旋翼109、无尾旋翼(NOTAR)或双主旋翼系统。在具有尾旋翼109的旋翼飞行器中，每个尾旋翼桨叶111的桨距被集体地改变，以便改变反扭矩系统的推力，从而提供对旋翼飞行器101的方向控制。尾旋翼桨叶111的桨距通过一个或更多个尾旋翼致动器来改变。在一些实施方式中，FBW系统向尾旋翼致动器或主旋翼致动器发送电信号，以控制旋翼飞行器的飞行。

通过发动机115向主旋翼系统103和反扭矩系统供应动力。可以存在一个或更多个发动机115，所述一个或更多个发动机115可以根据来自FBW系统的信号来控制。发动机115的输出被提供给驱动轴117，驱动轴117分别通过主旋翼传动装置119和尾旋翼传动装置与主旋翼系统103和反扭矩系统机械地和可操作地耦接。

旋翼飞行器101还包括机身125和尾部123。尾部123可以具有其他飞行控制装置，例如水平或竖直稳定器、方向舵、升降舵或用于控制或稳定旋翼飞行器101的飞行的其他控制器或稳定表面。机身125包括驾驶舱127，驾驶舱127包括显示器、控制器和仪表。应理解的是，虽然旋翼飞行器101被描绘为具有某些示出的特征，但是旋翼飞行器101也可以具有各种特定于实现方式的配置。例如，在一些实施方式中，驾驶舱127被配置成容纳飞行员或者飞行员和副飞行员，如图所示。然而，还预期旋翼飞行器101可以被远程操作，在这种情况下，驾驶舱127可以被配置成容纳飞行员(并且可能还有副飞行员)以提供更大的使用灵活性的全功能驾驶舱，或者可以配置有具有有限功能的驾驶舱(例如，仅容纳一个人的驾驶舱，这一个人可以作为进行操作的飞行员，但可能还有远程副飞行员，或者可以作为副飞行员或备用飞行员，其中主驾驶功能远程地执行)。在又一其他预期的实施方式中，旋翼飞行器101可以被配置成无人交通工具，在这种情况下驾驶舱127可以被完全取消以节省空间和成本。

图2A是根据一些实施方式的用于旋翼飞行器101的电传飞行控制系统201的框图。图2B示出了根据一些实施方式的驾驶舱127的内部，并且结合图2A进行描述。飞行员可以操纵一个或更多个飞行员飞行控制器以便控制旋翼飞行器的飞行。飞行员飞行控制器可以包括手动控制器，例如周期距控制组件217中的周期距杆231、总距控制组件219中的总距杆233、以及踏板控制组件221中的踏板239。由飞行员向飞行员飞行控制器提供的输入可以通过飞行控制系统201机械地和/或电子地(例如经由FBW飞行控制系统)传输到飞行控制装置。飞行控制装置可以表示可操作成改变旋翼飞行器101的飞行特性的装置。作为示例，旋翼飞行器上的飞行控制装置可以包括可操作成改变主旋翼桨叶105和尾旋翼桨叶111的位置或迎角或者改变发动机115的功率输出的机械和/或电气系统。飞行控制装置包括诸如斜盘107、尾旋翼致动器113的系统和可操作成控制发动机115的系统。飞行控制系统201可以与机组人员无关地来调整飞行控制装置，以便稳定旋翼飞行器、减少机组人员的工作负荷等。飞行控制系统201包括发动机控制计算机(EECU)203、飞行控制计算机(FCC)205和飞行器传感器207，其集体地调整飞行控制装置。

飞行控制系统201具有一个或更多个FCC 205。在一些实施方式中，提供多个FCC205以用于冗余。FCC 205内的一个或更多个模块可以部分地或全部地实施为用于执行本文描述的任何功能的软件和/或硬件。在飞行控制系统201是FBW飞行控制系统的实施方式中，FCC 205可以分析飞行员输入并且向EECU 203、尾旋翼致动器113和/或用于斜盘107的致动器发送相应的命令。此外，FCC 205被配置并且通过与每个飞行员飞行控制器相关联的传感器来接收来自飞行员控制器的输入命令。通过测量飞行员控制器的位置来接收输入命令。FCC 205还控制对飞行员控制器的触觉提示命令或者在例如仪表板241上的仪表中显示信息。

EECU 203控制发动机115。例如，EECU 203可以改变发动机115的输出功率以控制主旋翼桨叶或尾旋翼桨叶的旋转速度。EECU 203可以根据来自FCC 205的命令控制发动机115的输出功率，或者可以基于诸如主旋翼桨叶的测量的每分钟转数(RPM)的反馈来控制发动机115的输出功率。

飞行器传感器207与FCC 205通信。飞行器传感器207可以包括用于测量各种旋翼飞行器系统、飞行参数、环境条件等的传感器。例如，飞行器传感器207可以包括用于测量空速、高度、姿态、位置、取向、温度、空速、竖直速度等的传感器。其他飞行器传感器207可以包括依赖于源自旋翼飞行器外部的数据或信号的传感器，例如全球定位系统(GPS)传感器、VHF全向范围传感器，仪表着陆系统(ILS)等。

周期距控制组件217连接至周期距配平组件229，周期距配平组件229具有一个或更多个周期距位置传感器211、一个或更多个周期距掣动传感器235、以及一个或更多个周期距致动器或周期距配平马达209。周期距位置传感器211测量周期距杆231的位置。在一些实施方式中，周期距杆231是单个控制杆，其沿着两个轴移动并且允许飞行员控制作为旋翼飞行器的机头的竖直角度的俯仰和作为旋翼飞行器的左右摆动(side-to-side)角度的滚转。在一些实施方式中，周期距控制组件217具有分开测量滚转和俯仰的单独的周期距位置传感器211。用于检测滚转和俯仰的周期距位置传感器211分别生成滚转信号和俯仰信号(有时分别称为周期距经度信号和周期距纬度信号)，滚转信号和俯仰信号被发送到FCC205，FCC 205控制斜盘107、发动机115、尾旋翼109或相关的飞行控制装置。

周期距配平马达209连接至FCC 205，并且从FCC 205接收信号以移动周期距杆231。在一些实施方式中，FCC 205根据以下中的一个或更多个来确定周期距杆231的建议周期距杆位置：总距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、高度和姿态、发动机每分钟转数(RPM)、发动机温度、主旋翼RPM、发动机扭矩或其他旋翼飞行器系统条件或飞行条件。建议周期距杆位置是由FCC 205确定以给出期望的周期距动作的位置。在一些实施方式中，FCC205向周期距配平马达209发送指示建议周期距杆位置的建议周期距杆位置信号。虽然FCC205可以命令周期距配平马达209将周期距杆231移动到特定位置(这进而相应地驱动与斜盘107相关联的致动器)，但是周期距位置传感器211检测由周期距配平马达209设置的或者由飞行员输入的周期距杆231的实际位置，从而允许飞行员改写建议周期距杆位置。周期距配平马达209连接至周期距杆231，使得在配平马达正在驱动周期距杆231的同时，飞行员可以移动周期距杆231以改写建议周期距杆位置。因此，在一些实施方式中，FCC 205从周期距位置传感器211接收指示实际周期距杆位置的信号，并且不依赖于建议周期距杆位置来命令斜盘107。

与周期距控制组件217类似，总距控制组件219连接至总距配平组件225，总距配平组件225具有一个或更多个总距位置传感器215、一个或更多个总距掣动传感器237以及一个或更多个总距致动器或总距配平马达213。总距位置传感器215测量总距控制组件219中的总距杆233的位置。在一些实施方式中，总距杆233是沿单个轴移动或具有杠杆式动作的单个控制杆。总距位置传感器215检测总距杆233的位置并向FCC 205发送总距位置信号，FCC 205根据总距位置信号控制发动机115、斜盘致动器或相关的飞行控制装置，以控制旋翼飞行器的竖直运动。在一些实施方式中，FCC 205可以向EECU 203发送功率命令信号并且向主旋翼或斜盘致动器发送总距命令信号，使得主桨叶的迎角集体升高或降低，并且发动机功率被设置为提供保持主旋翼RPM基本恒定所需的功率。

总距配平马达213连接至FCC 205，并且从FCC 205接收信号以移动总距杆233。与对建议周期距杆位置的确定类似，在一些实施方式中，FCC 205根据以下中的一个或更多个来确定对总距杆233的建议总距杆位置：周期距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、高度和姿态、发动机RPM、发动机温度、主旋翼RPM、发动机扭矩或其他旋翼飞行器系统条件或飞行条件。FCC 205生成建议总距杆位置并将相应的建议总距杆信号发送到总距配平马达213，以将总距杆233移动至特定位置。总距位置传感器215检测由总距配平马达213设定的或由飞行员输入的总距杆233的实际位置，允许飞行员改写建议总距杆位置。

踏板控制组件221具有一个或更多个踏板传感器227，其测量踏板或踏板控制组件221中的其他输入元件的位置。在一些实施方式中，踏板控制组件221没有配平马达或致动器，并且可以具有机械返回元件，机械返回元件在飞行员释放踏板时使踏板居中。在其他实施方式中，踏板控制组件221具有一个或更多个配平马达，其根据来自FCC 205的信号将踏板驱动至建议的踏板位置。踏板传感器227检测踏板239的位置并向FCC 205发送踏板位置信号，FCC 205控制尾旋翼109以使旋翼飞行器偏航或绕垂直轴旋转。

周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置。虽然周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置，但是这种移动能力也可以用于向飞行员提供触觉提示。当飞行员移动操纵杆时，周期距配平马达209和总距配平马达213可以沿特定方向推动相应的杆，以指示特定状况。由于FBW系统机械地将杆与一个或更多个飞行控制装置断开连接，因此飞行员可能不会感觉到与飞行控制组件机械地连接的杆中固有的急停、振动或其他触觉提示。在一些实施方式中，FCC 205可以使周期距配平马达209和总距配平马达213逆着飞行员命令而推动，使得飞行员感觉到阻力，或者可以命令一个或更多个摩擦装置提供当飞行员移动操纵杆时感觉到的摩擦。因此，FCC 205通过对杆提供压力和/或摩擦来控制对杆的感觉。

此外，周期距控制组件217、总距控制组件219和/或踏板控制组件221可各自具有一个或更多个掣动传感器，所述一个或更多个掣动传感器确定飞行员是否正在操纵特定控制装置。例如，周期距控制组件217可以具有周期距掣动传感器235，其确定飞行员正握住周期距杆231，而总距控制组件219具有总距掣动传感器237，其确定飞行员是否正握住总距杆233。周期距掣动传感器235和总距掣动传感器237检测由飞行员输入引起的相应控制杆的运动和/或位置，而不是由来自FCC 205的命令、旋翼飞行器振动等引起的运动和/或位置，并且向FCC 205提供指示这样的情况的反馈信号。当FCC 205检测到飞行员已控制住或正在操纵特定控制时，FCC 205可以确定杆脱离掣动(out-of-detent，OOD)。同样地，当来自掣动传感器的信号向FCC 205指示飞行员已释放了特定杆时，FCC可以确定操纵杆在掣动中(in-detent，ID)。FCC 205可以基于特定操纵杆的制动状态或飞行员控制向一个或更多个飞行系统提供不同的默认控制或自动命令。

图3是根据一些实施方式的飞行控制系统201的框图。以高度示意的方式示出了飞行控制系统201的一些操作方面。具体地，飞行控制系统201被示意性地示为被实现为运行某些控制律的一系列相互关联的反馈环。尽管飞行控制系统201被示为三环飞行控制系统，但是应当理解，飞行控制系统201可以以不同的方式来实现，例如具有不同数量的控制环。

在一些实施方式中，飞行控制系统201的元件可以至少部分地由FCC 205实现。然而，飞行控制系统201的部件(301、303、305、307)中的全部、一些或没有部件可以位于旋翼飞行器101外部或远离旋翼飞行器101并通过网络连接309与机载装置进行通信。

飞行控制系统201具有飞行员输入311、外环313、中环315、内环317、解耦器319和飞行器设备321(对应于例如：诸如斜盘107、尾旋翼传动装置121等的飞行控制装置；驱动飞行控制装置的致动器(未示出)；诸如飞行器传感器207、周期距位置传感器211、总距位置传感器215、周期距掣动传感器235、总距掣动传感器237等的传感器等)。

在所示的示例中，三环设计将内稳定环和速率反馈环与外引导和追踪环分开。控制律结构主要将整体稳定任务和减少飞行员工作负荷的相关任务分配给内环317。接下来，中环315(有时被称为速率环)提供速率增强。外环313集中于引导和追踪任务。由于内环317和中环315提供了大部分的稳定性，因此在外环层面处需要较少的控制努力。如代表性地示出的，可以设置开关323以接通和断开外环飞行增强，外环313的任务对于飞行稳定不是必需的。

在一些实施方式中，内环317和中环315包括应用于滚转/俯仰/偏航3轴速率陀螺仪和加速度反馈传感器的一组增益和滤波器。内环和速率环二者均可以保持活动，与各种外环保持模式无关。外环313可以包括级联的环层，包括姿态(ATT)环、速度(SPD)环、位置(POS)环、垂直速度环、高度环和航向环。根据一些实施方式，在所示的环中运行的控制律允许将以其他方式耦合的飞行特性解耦，这又可以提供更稳定的飞行特性和减少的飞行员工作负荷。此外，外环313可以允许某些高级别任务或飞行模式的自动或半自动操作，从而进一步减轻飞行员的工作负荷并允许飞行员专注于其他事项，包括观察周围地形。

飞行控制系统201可以实现为由FCC 205执行的程序。该程序包括实现飞行控制系统201的各方面的指令。FCC 205可以包括存储器325，例如存储该程序的非暂态计算机可读存储介质。一个或更多个处理器(μP)327连接至存储器325，并且可操作成执行该程序。

在旋翼飞行器101的操作期间，输入(如飞行员飞行控制器)的频率可以由飞行员耦合到旋翼飞行器101的模态频率。输入与旋翼飞行器101的耦合被称为飞行器-飞行员耦合(aircraft-pilot coupling，APC)。APC可以被分类为闭环反馈(其中飞行员的命令是连续的并且依赖于飞行员感知到的期望飞行器响应与实际飞行器响应之间的差异)，或者可以被分类为开环反馈(其中飞行员操作为强制功能，生成与飞行员对飞行器运动的感知不直接关联的命令)。开环反馈的示例是这样的情况：通过飞行员的物理触摸将旋翼飞行器101的模态频率(例如来自主旋翼桨叶105的振动)传递到飞行员飞行控制器(例如，振动晃动飞行员，该飞行员晃动飞行控制器)。开环反馈可能导致飞行员飞行控制器看起来响应性降低。闭环反馈的示例是这样的情况：飞行员无意中命令在相反方向上进行越来越多的系列校正，每次校正都试图通过在相反方向上的过度校正来校正飞行器对前一输入的反应。当飞行员输入有偏离时，闭环反馈可能特别成问题，并且在一些情况下可能导致旋翼飞行器101的故障。

可以通过对输入到FCC 205的信号进行滤波来避免或减少APC。这种滤波有时被称为气动伺服弹性滤波。在气动伺服弹性滤波系统中，用陷波和/或带通滤波器对来自例如飞行器传感器207和飞行员飞行控制器的信号进行滤波。基于在测试期间观测到的旋翼飞行器101的模态频率来预先确定陷波和/或带通滤波器的中心频率值和带宽值。气动伺服弹性滤波系统可以由FCC 205实现为飞行控制系统201的一部分，例如解耦器319的一部分。

主旋翼系统103是可变速旋翼系统。例如，EECU 203可用于改变发动机115的输出功率，这可以响应于例如改变主旋翼桨叶105的桨距来执行。主旋翼系统103产生的噪声随着主旋翼系统103的旋转速度而变化。因此，与固定速度的旋翼系统相比，可变速旋翼系统可以为飞行员提供对旋翼飞行器101产生的噪声的更多控制，从而有助于遵从标准。然而，旋翼是精细调节的旋转质量块，并且主旋翼系统103可以根据主旋翼桨叶105的旋转速度以不同的模态频率振动。因此，尽管使用可变速旋翼系统允许对噪声输出进行控制，但是也可能加剧APC。增大气动伺服弹性滤波系统所使用的滤波器的带宽可能有助于避免APC，但可能由于滤出了良好的信号而导致飞行员飞行控制器的响应性降低。

图4是根据一些实施方式的用于气动伺服弹性滤波的方法401的流程图。方法401使用可变滤波器来实现气动伺服弹性滤波，使得由气动伺服弹性滤波器使用的滤波器参数根据所确定的主旋翼系统103的速度而改变。方法401可以用软件来实现或者实现为硬件。例如，方法401可以由作为飞行控制系统201的一部分的FCC 205来执行，可以在对来自飞行员飞行控制器的输入信号进行滤波的数字信号处理器(DSP)中实现，可以是供处理器327执行的程序的一部分，或者可以以其他方式来实现。

在处理403中，确定主旋翼系统103的旋转速度。可以通过从EECU 203读取输出功率或发动机速度、通过在FCC 205处接收发动机速度已改变的通知等来确定旋转速度。例如，可以响应于FCC 205成功地改变发动机115的输出功率而由FCC 205确定旋转速度。

在处理405中，根据主旋翼系统103的旋转速度选择气动伺服弹性滤波器配置。所选择的气动伺服弹性滤波器配置选自多个气动伺服弹性滤波器配置。每个滤波器配置包括构成给定气动伺服弹性滤波器的陷波和/或带通滤波器的中心频率值和带宽值。每个滤波器配置的滤波器参数可以是预定值，并且与主旋翼系统103的给定旋转速度(以及因此该速度下的模态频率)对应。

作为选择气动伺服弹性滤波器配置的示例，多个气动伺服弹性滤波器配置可以被存储在例如包含一系列发动机速度的查找表中。所确定的主旋翼系统103的旋转速度用于在查找表中搜索与确定的旋转速度对应的配置。

在处理407中，从旋翼飞行器101的传感器接收信号。传感器可以是飞行员不与之交互的装置，例如飞行器传感器207如速率传感器、加速度计等中的一个。传感器也可以是飞行员飞行控制器例如周期距杆231、总距杆233或踏板239中的一个。

在处理409中，根据所选择的气动伺服弹性滤波器配置对接收到的信号进行滤波。例如，可以以气动伺服弹性滤波器配置指定的权重减少接收到的信号的在由气动伺服弹性滤波器配置指定的中心频率处的部分。滤波可以由作为控制环之一(如内环317)的一部分的FCC 205来执行。可替选地，滤波可以由对FCC 205读取的电信号进行滤波的外部装置(例如DSP)来执行。在使用外部装置的实施方式中，可以由FCC 205利用所选择的气动伺服滤波器配置的值对外部装置进行编程。

在一些实施方式中，可以对所选择的气动伺服滤波器配置执行转换。当正在使用当前的气动伺服滤波器配置并且选择了新的气动伺服滤波器配置时执行转换。在这样的实施方式中，可以执行配置之间的衰落操作，使得用于当前气动伺服弹性滤波器配置的滤波器权重逐渐减小，并且用于新的气动伺服弹性滤波器配置的滤波器权重逐渐增大。配置之间的衰落可以提高飞行员飞行控制器的响应性。

在处理411中，基于滤波的传感器信号来控制旋翼飞行器101的飞行。滤波的传感器信号中的值可以由飞行控制系统201中的一个或多个环(例如外环313、中环315和/或内环317)使用。可以调节旋翼飞行器101的飞行控制装置，以改变旋翼飞行器101的飞行特性。例如，可以基于滤波的传感器信号致动斜盘107，以维持特定的速度或方向，以使悬停或着陆等方法自动化。同样，可以基于滤波的传感器信号调整尾旋翼致动器113。在一些实施方式中，可以使用滤波的传感器信号来影响飞行控制系统201的其他功能。例如，解耦器319可以在解耦飞行员飞行控制器时使用滤波的传感器信号，或者中环315可以在稳定旋翼飞行器101时使用滤波的传感器信号。

尽管在主旋翼系统103的上下文中讨论了方法401，但是应当理解，实施方式可以用于其他旋翼系统。作为示例，实施方式还可用于对由尾旋翼109产生的振动进行滤波。

实施方式可以实现多个优点。通过针对每个旋转速度使用不同的气动伺服弹性滤波器配置，可以减小每个滤波器系统中的陷波和/或带通滤波器的带宽。减小飞行员飞行控制信号滤波器的带宽可能导致飞行员飞行控制器似乎对飞行员更具响应性，同时还通滤除针对旋转速度的模态频率来减少APC。

尽管已经参照说明性实施方式描述了本发明，但是该描述并不旨在被以限制性含义来解释。参照说明书，对说明性实施方式的各种修改和组合以及本发明的其他实施方式对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，所附权利要求书旨在涵盖任何这样的修改或实施方式。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

确定旋翼飞行器的旋翼系统的旋转速度；

根据所述旋翼系统的旋转速度，从多个气动伺服弹性滤波器配置中选择第一气动伺服弹性滤波器配置，所述气动伺服弹性滤波器配置中的每一个是与所述旋翼系统的不同的相应旋转速度对应的预定配置；

从所述旋翼飞行器的传感器接收信号；

根据所述第一气动伺服弹性滤波器配置对所述信号滤波；以及

根据经滤波的信号调整所述旋翼飞行器的飞行控制装置。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在选择所述第一气动伺服弹性滤波器配置之前，改变与所述旋翼系统连接的发动机的输出功率，以使得所述旋翼系统的旋转速度变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于改变所述发动机的输出功率来选择所述第一气动伺服弹性滤波器配置。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：

在改变所述发动机的输出功率之后，从第二气动伺服弹性滤波器配置向所述第一气动伺服弹性滤波器配置转变，所述第二气动伺服弹性滤波器配置与在改变所述发动机的输出功率之前所述旋翼系统的旋转速度对应。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气动伺服弹性滤波器配置中的每一个对应于不同的相应中心滤波频率。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，对于所述气动伺服弹性滤波器配置中的每一个，所述相应中心滤波频率是与所述旋翼飞行器在所述旋翼系统的相应旋转速度下的不同模态频率对应的预定值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器是速率传感器。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器是加速度计。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器是飞行员飞行控制器。

10.一种旋翼飞行器，包括：

旋翼系统；

传感器；

飞行控制装置；以及

飞行控制计算机，耦接至所述旋翼系统、所述传感器和所述飞行控制装置，所述飞行控制计算机被配置成：

确定所述旋翼系统的旋转速度；

根据所述旋翼系统的旋转速度，从多个气动伺服弹性滤波器配置中选择第一气动伺服弹性滤波器配置，所述气动伺服弹性滤波器配置是与所述旋翼系统的不同旋转速度对应的预定配置；

从所述传感器接收信号；

根据所述第一气动伺服弹性滤波器配置对所述信号滤波；以及

根据经滤波的信号调整所述飞行控制装置。

11.根据权利要求10所述的旋翼飞行器，还包括：

发动机，所述发动机连接至所述旋翼系统，其中，所述飞行控制计算机还被配置成：改变所述发动机的输出功率，以使得所述旋翼系统的旋转速度变化。

12.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，响应于改变所述发动机的输出功率来选择所述第一气动伺服弹性滤波器配置。

13.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述飞行控制计算机还被配置成：

从第二气动伺服弹性滤波器配置向所述第一气动伺服弹性滤波器配置转变，所述第二气动伺服弹性滤波器配置与在改变所述发动机的输出功率之前所述旋翼系统的旋转速度对应。

14.根据权利要求10所述的旋翼飞行器，其中，所述气动伺服弹性滤波器配置中的每一个对应于不同的相应中心滤波频率。

15.根据权利要求14所述的旋翼飞行器，其中，对于所述气动伺服弹性滤波器配置中的每一个，所述相应中心滤波频率是与所述旋翼飞行器在所述旋翼系统的相应旋转速度下的不同模态频率对应的预定值。

16.根据权利要求10所述的旋翼飞行器，其中，所述传感器是速率传感器。

17.根据权利要求10所述的旋翼飞行器，其中，所述传感器是加速度计。

18.根据权利要求10所述的旋翼飞行器，其中，所述传感器是飞行员飞行控制器。

19.一种旋翼飞行器，包括：

发动机，连接至旋翼系统；

飞行员飞行控制器；

飞行控制装置；以及

飞行控制计算机，耦接至所述发动机、所述飞行员飞行控制器和所述飞行控制装置，所述飞行控制计算机被配置成：

检测所述发动机的功率输出的变化；

响应于所述发动机的功率输出的变化来确定第一气动伺服弹性滤波器配置，所述第一气动伺服弹性滤波器配置包括多个滤波器权重和中心频率；

从所述飞行员飞行控制器接收信号；

根据所述第一气动伺服弹性滤波器配置的滤波器权重和中心频率来对所述信号滤波；以及

根据经滤波的信号调整所述飞行控制装置。

20.根据权利要求19所述的旋翼飞行器，其中，所述第一气动伺服弹性滤波器配置的滤波器权重和中心频率各自与陷波滤波器或带通滤波器对应。