CN117906897A - 一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法及系统，属于机翼折叠驱动装置的性能模拟测试技术领域，包括获取风力驱动装置模拟风载的力反馈值，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度；根据机翼折叠驱动装置的转速确定机翼折叠驱动装置的电流值；根据机翼折叠驱动装置的电流值和风力驱动装置的运行速度控制机翼折叠驱动装置的折叠与展开。本发明在控制机翼折叠驱动装置时同时考虑了风力驱动装置产生的风力和机翼折叠驱动装置的转速两个性能参数，实现机翼折叠和机翼展开全流程精确力和转速闭环控制，有效保障模拟机翼台架试验的安全稳定运行。

Description

一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法及系统

技术领域

本发明属于机翼折叠驱动装置的性能模拟测试技术领域，涉及机翼折叠驱动装置的力和转速的闭环控制模拟技术，具体为一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法及系统。

背景技术

折叠机翼技术是舰载机与航母相匹配的关键技术，通过该折叠机翼技术可缩小舰载机的机翼展向尺寸，使得航母在有限的甲板空间内容纳尽可能多的舰载机，增强航母的战斗力。舰载机作为航母上的主要作战武器，其性能和数量是航母战斗力的标志，通过机翼折叠技术可以减小舰载机的外廓尺寸，进而缩小舰载机的占用空间，增加航母上容纳舰载机的数量。随着近年来我国航母技术的迅速发展，对折叠机翼技术的相关需求也在不断增大。

机翼折叠驱动装置的性能参数是折叠机翼的重要技术指标。现有技术中主要采用一组参数（仅采用角度参数或仅采用转速参数）对机翼折叠驱动装置进行控制。例如申请号为CN201911358423.X的专利文献，公开了一种飞机机翼折叠控制方法，参见该专利文献说明书中有益效果部分（说明书第0038段）的记载，该专利文献一方面，由飞控系统发出指令，驱动需要折叠的机翼上的前缘襟翼舵面与襟副翼舵面偏转到特定的角度，通过采用余度监控表决对舵面位置进行了监控表决，在相关舵面偏转到指定位置后生成“折叠允许”信号并发送至机电系统；另一方面，机电系统接收到“折叠允许”信号后，驱动左侧机翼、右侧机翼、左侧平尾与右侧平尾翼面上折叠锁作动筒完成“开锁”的动作，待四个翼面上的折叠锁作动筒均开锁到位后，再控制机翼折叠作动筒进行四个翼面的折叠。该专利文献是以角度参数对机翼折叠过程进行控制的。仅考虑角度参数，而忽略转速参数会导致实际机翼折叠过程中出现偏差。因此，仅考虑单一性能参数不仅无法精确、全面的进行力闭环控制，而且在控制过程中容易出现机翼大幅度震荡，影响舰载机的平稳性。

发明内容

针对上述背景技术中所描述的，现有技术中在折叠机翼控制过程中仅考虑单一的性能参数，导致在控制过程中容易出现机翼大幅度震荡的技术问题。针对该技术问题，本发明提出了一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法及系统。

本发明使用风力驱动装置模拟风载来验证机翼折叠驱动装置的性能，同时考虑机翼折叠驱动装置的角度和转速两个性能参数，有效解决了机翼折叠模拟风载控制模式下使用一组性能参数无法精确、全面的进行力和转速的闭环控制问题。避免机翼在折叠过程中出现震荡，确保机翼在折叠过程中的平稳性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，包括以下步骤：

获取风力驱动装置模拟风载的力反馈值，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度；

根据机翼折叠驱动装置的转速确定机翼折叠驱动装置的电流值；

根据机翼折叠驱动装置的电流值和风力驱动装置的运行速度控制机翼折叠驱动装置的折叠与展开。

进一步限定，所述根据机翼折叠驱动装置的转速确定机翼折叠驱动装置的电流值具体为：

获取机翼的角度，根据机翼的角度确定机翼折叠驱动装置的反馈转速；

根据机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速确定机翼折叠驱动装置的电流值，所述机翼折叠驱动装置的转速包括机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速。

进一步限定，所述机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法还包括：

当风力驱动装置模拟风载的力反馈值超过驱动装置模拟风载的力目标值的10%时，机翼折叠驱动装置的动力源被切断并上锁。

进一步限定，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度的计算模型为：

式中，是指风力驱动装置的运行速度，单位：mm/s；/>是指第/>个区间的比例系数，无量纲；/>是指力的误差值，单位：N，力的误差值等于风力驱动装置模拟风载的力目标值与风力驱动装置模拟风载的力反馈值之间的差值；/>是指PID控制积分时间，单位：s；/>是指机翼折叠、机翼展平过程按照机翼折叠驱动装置的目标转速划分形成的区间个数，单位：个；

其中，，/>是指风力驱动装置模拟风载的力目标值，单位：N；/>是指风力驱动装置模拟风载的力反馈值，单位：N。

进一步限定，第个区间的比例系数/>的计算模型为：

式中，为机翼折叠过程或机翼展开过程的标识，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速以中值/>匀速运行时的比例系数，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速中值，单位：rpm；/>是指机翼折叠驱动装置的转速调节系数，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速，单位：rpm。

进一步限定，根据机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速确定机翼折叠驱动装置的电流值的计算模型为：

式中，是指机翼折叠驱动装置的电流值，单位：mA；/>是指比例系数，无量纲；是指转速误差，单位：rpm，转速误差等于机翼折叠驱动装置的目标转速与机翼折叠驱动装置的反馈转速之间的差值；/>是指PID控制积分时间，单位：s。

进一步限定，机翼折叠驱动装置的折叠过程为：当机翼的角度为0°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从0rpm提升到2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为80°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从2000rpm减速到500rpm，之后保持匀速；直至机翼的角度/>为90°，机翼折叠驱动装置4的目标转速降为0；

机翼折叠驱动装置的展开过程为：当机翼的角度为90°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从0rpm提升到-2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为10°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从-2000rpm减速到-500rpm，之后保持匀速；直至机翼的角度/>为0°，机翼折叠驱动装置4的目标转速降为0。

本发明机翼折叠驱动装置的模拟风载控制系统，包括：

力控制模块：用于获取风力驱动装置模拟风载的力反馈值，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度；

转速控制模块：用于根据机翼折叠驱动装置的转速确定机翼折叠驱动装置的电流值；

执行模块：用于根据机翼折叠驱动装置的电流值和风力驱动装置的运行速度控制机翼折叠驱动装置的折叠与展开。

进一步限定，转速控制模块包括：

反馈转速确定模块：用于获取机翼的角度，根据机翼的角度确定机翼折叠驱动装置的反馈转速；

电流值确定模块：用于根据机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速确定机翼折叠驱动装置的电流值，所述机翼折叠驱动装置的转速包括机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速。

本发明一种计算机可读存储介质，存储有程序文件，所述程序文件被执行实现上述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，利用风力驱动装置模拟风载来验证机翼折叠驱动装置的性能，在控制机翼折叠驱动装置转速的同时考虑了风力驱动装置产生的风力（与机翼的角度有关），通过转速和风力两个参数实现机翼折叠和机翼展开全流程精确力和转速闭环控制，有效保障模拟机翼台架试验的安全稳定运行，避免了机翼在折叠过程中出现震荡，确保机翼在折叠过程中的平稳性。解决了现有技术中机翼折叠模拟风载控制模式下使用一组性能参数无法精确、全面的进行力和转速的闭环控制问题。

2、本发明将机翼折叠、机翼展平过程按照机翼折叠驱动装置的目标转速划分形成的区间个数，实现处于任意区间的目标值（风力驱动装置模拟风载的力目标值和机翼折叠驱动装置的目标转速）与反馈值（风力驱动装置模拟风载的力反馈值和机翼折叠驱动装置的反馈转速）近似相等，控制模拟机翼折叠、机翼展平过程平稳，无异常震荡。

附图说明

图1为本发明机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法的示意图；

图2为本发明机翼折叠驱动装置的模拟风载系统的示意图；

图3为本发明机翼折叠驱动装置的模拟风载试验平台的结构示意图；

图4为转速控制模块的控制效果图；

图5为力控制模块的控制效果图；

其中，1-伺服电缸，2-力传感器，3-角度传感器，4-机翼折叠驱动装置，5-模拟机翼台架，6-执行模块，7-控制器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步地解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。

参见图3，是本发明搭载的机翼折叠驱动装置的模拟风载试验平台，包括伺服电缸1、力传感器2、角度传感器3、机翼折叠驱动装置4、模拟机翼台架5、执行模块6和控制器7，其中，伺服电缸1是风力驱动装置的一种实现设备，通过伺服电缸1对机翼折叠驱动装置4施加风载；控制器7包括力控制模块和转速控制模块；模拟机翼台架5用于安装机翼折叠驱动装置4和伺服电缸1，力传感器2安装在伺服电缸1上，用于采集风力驱动装置模拟风载的力反馈值；角度传感器3安装在机翼折叠驱动装置4上，用于采集机翼折叠驱动装置4的反馈角度；力传感器2和角度传感器3均与执行模块6连接；执行模块6还与伺服电缸1和机翼折叠驱动装置4连接，用于根据控制器7反馈的机翼折叠驱动装置4的电流值和伺服电缸1的运行速度控制机翼折叠驱动装置4的折叠与展开；执行模块6和控制器7之间通过有线或无线进行通讯连接；伺服电缸1与机翼折叠驱动装置4连接，通过伺服电缸1实现机翼折叠驱动装置4的展平和折叠。

本发明的风力驱动装置还可以是电机带动的大型风机或其他能够实现风力加载的设备。

实施例1

参见图1，本实施例一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，包括以下步骤：

利用风力驱动装置模拟机翼折叠驱动装置4的风载，即通过风力驱动装置为机翼折叠驱动装置4施加风载；

通过力传感器2获取风力驱动装置模拟风载的力反馈值，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度；参见图5，其中，风力驱动装置模拟风载的力目标值是根据风力驱动装置的力曲线图确定的；

根据机翼折叠驱动装置4的转速确定机翼折叠驱动装置4的电流值；

根据机翼折叠驱动装置4的电流值和风力驱动装置的运行速度控制机翼折叠驱动装置4的折叠与展开。

具体的，机翼折叠驱动装置4的折叠过程：当机翼的角度为0°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从0rpm提升到2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为80°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从2000rpm减速到500rpm，之后保持匀速；直至机翼的角度/>为90°，机翼折叠驱动装置4的目标转速降为0。

具体的，机翼折叠驱动装置4的展开过程：当机翼的角度为90°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从0rpm提升到-2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为10°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从-2000rpm减速到-500rpm，之后保持匀速；直至机翼的角度/>为0°，机翼折叠驱动装置4的目标转速降为0。

本实施例利用风力驱动装置模拟风载来验证机翼折叠驱动装置4的性能，在控制机翼折叠驱动装置4时同时考虑了风力驱动装置产生的风力（与机翼的角度有关）和机翼折叠驱动装置4的转速两个性能参数，实现机翼折叠和机翼展开全流程精确力和转速闭环控制，有效保障模拟机翼台架试验的安全稳定运行，避免了机翼在折叠过程中出现震荡，确保机翼在折叠过程中的平稳性。

实施例2

本实施例一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，在实施例1的基础上，根据机翼折叠驱动装置4的转速确定机翼折叠驱动装置4的电流值具体为：

获取机翼的角度，根据机翼的角度确定机翼折叠驱动装置4的反馈转速；其中，机翼的角度的利用角度传感器3的测量获得的。

根据机翼折叠驱动装置4的目标转速和机翼折叠驱动装置4的反馈转速确定机翼折叠驱动装置4的电流值，机翼折叠驱动装置4的转速包括机翼折叠驱动装置4的目标转速和机翼折叠驱动装置4的反馈转速。参见图4，其中，机翼折叠驱动装置4的目标转速是根据机翼折叠驱动装置的转速曲线确定的。

本实施例的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法还包括：

当风力驱动装置模拟风载的力反馈值超过驱动装置模拟风载的力目标值的10%时，机翼折叠驱动装置4的动力源被切断并上锁；同时限制风力驱动装置输出值，在力传感器2的测量值归零后或者超过限制时间后控制风力驱动装置停止。

实施例3

本实施例一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，在实施例2的基础上，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度的计算模型为：

式中，是指风力驱动装置的运行速度，单位：mm/s；/>是指第/>个区间的比例系数，无量纲；/>是指力的误差值，单位：N；/>是指PID控制积分时间，单位：s；/>是指机翼折叠、机翼展平过程按照机翼折叠驱动装置的目标转速划分形成的区间个数，单位：个；

其中，，/>是指风力驱动装置模拟风载的力目标值，单位：N；/>是指风力驱动装置模拟风载的力反馈值，单位：N；/>，/>是指机翼的角度，单位：°；/>是指额定风载，单位N。

其中，第个区间的比例系数/>的计算模型为：

式中，为机翼折叠过程或机翼展开过程的标识，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速以中值/>匀速运行时的比例系数，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速中值，单位：rpm；/>是指机翼折叠驱动装置的转速调节系数，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速，单位：rpm。

实施例4

本实施例根据机翼折叠驱动装置4的目标转速和机翼折叠驱动装置4的反馈转速确定机翼折叠驱动装置4的电流值的计算模型为：

式中，是指机翼折叠驱动装置的电流值，单位：mA；/>是指比例系数，无量纲；是指转速误差，单位：rpm；/>是指PID控制积分时间，单位：s。

实施例5

参见图2，本实施例机翼折叠驱动装置的模拟风载控制系统，其包括：

风载发生模块：用于利用风力驱动装置模拟机翼折叠驱动装置4风载；

力控制模块：用于获取风力驱动装置模拟风载的力反馈值，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度；参见图5，其中，风力驱动装置模拟风载的力目标值是根据风力驱动装置的力曲线图确定的；

转速控制模块：用于根据机翼折叠驱动装置4的转速确定机翼折叠驱动装置4的电流值；

执行模块：用于根据机翼折叠驱动装置4的电流值和风力驱动装置的运行速度控制机翼折叠驱动装置4的折叠与展开。具体的，机翼的折叠和机翼的展平为分为两个过程：

机翼的折叠过程：当机翼的角度为0°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从0rpm提升到2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为80°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速减速到500rpm，之后保持匀速。

机翼的展平过程：当机翼的角度为90°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速从0rpm提升到-2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为10°时，机翼折叠驱动装置4的目标转速减速到-500rpm，之后保持匀速。

其中，转速控制模块包括：

反馈转速确定模块：用于获取机翼的角度，根据机翼的角度确定机翼折叠驱动装置4的反馈转速；其中，机翼的角度的利用角度传感器3的测量获得的。

电流值确定模块：用于根据机翼折叠驱动装置4的目标转速和机翼折叠驱动装置4的反馈转速确定机翼折叠驱动装置4的电流值，机翼折叠驱动装置4的转速包括机翼折叠驱动装置4的目标转速和机翼折叠驱动装置4的反馈转速。参见图4，其中，机翼折叠驱动装置4的目标转速是根据机翼折叠驱动装置的转速曲线确定的。

实施例6

本实施例一种计算机可读存储介质，存储有程序文件，所述程序文件被执行实现实施例1-实施例4任一项的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取风力驱动装置模拟风载的力反馈值，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度；

根据机翼折叠驱动装置的转速确定机翼折叠驱动装置的电流值；

根据机翼折叠驱动装置的电流值和风力驱动装置的运行速度控制机翼折叠驱动装置的折叠与展开。

2.根据权利要求1所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，其特征在于，所述根据机翼折叠驱动装置的转速确定机翼折叠驱动装置的电流值具体为：

获取机翼的角度，根据机翼的角度确定机翼折叠驱动装置的反馈转速；

根据机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速确定机翼折叠驱动装置的电流值，所述机翼折叠驱动装置的转速包括机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速。

3.根据权利要求2所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，其特征在于，所述机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法还包括：

当风力驱动装置模拟风载的力反馈值超过驱动装置模拟风载的力目标值的10%时，机翼折叠驱动装置的动力源被切断并上锁。

4.根据权利要求2所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，其特征在于，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度的计算模型为：

式中，是指风力驱动装置的运行速度，单位：mm/s；/>是指第/>个区间的比例系数，无量纲；/>是指力的误差值，单位：N，力的误差值等于风力驱动装置模拟风载的力目标值与风力驱动装置模拟风载的力反馈值之间的差值；/>是指PID控制积分时间，单位：s；/>是指机翼折叠、机翼展平过程按照机翼折叠驱动装置的目标转速划分形成的区间个数，单位：个。

5.根据权利要求4所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，其特征在于，第个区间的比例系数/>的计算模型为：

式中，为机翼折叠过程或机翼展开过程的标识，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速以中值/>匀速运行时的比例系数，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速中值，单位：rpm；/>是指机翼折叠驱动装置的转速调节系数，无量纲；/>是指机翼折叠驱动装置的目标转速，单位：rpm。

6.根据权利要求5所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，其特征在于，根据机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速确定机翼折叠驱动装置的电流值的计算模型为：

式中，是指机翼折叠驱动装置的电流值，单位：mA；/>是指比例系数，无量纲；/>是指转速误差，单位：rpm，转速误差等于机翼折叠驱动装置的目标转速与机翼折叠驱动装置的反馈转速之间的差值；/>是指PID控制积分时间，单位：s。

7.根据权利要求1所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法，其特征在于，

机翼折叠驱动装置的折叠过程为：当机翼的角度为0°时，机翼折叠驱动装置的目标转速从0rpm提升到2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为80°时，机翼折叠驱动装置的目标转速从2000rpm减速到500rpm，之后保持匀速；直至机翼的角度/>为90°，机翼折叠驱动装置的目标转速降为0；

机翼折叠驱动装置的展开过程为：当机翼的角度为90°时，机翼折叠驱动装置的目标转速从0rpm提升到-2000rpm，之后保持匀速；当机翼的角度/>为10°时，机翼折叠驱动装置的目标转速从-2000rpm减速到-500rpm，之后保持匀速；直至机翼的角度/>为0°，机翼折叠驱动装置的目标转速降为0。

8.机翼折叠驱动装置的模拟风载控制系统，其特征在于，包括

力控制模块：用于获取风力驱动装置模拟风载的力反馈值，根据风力驱动装置模拟风载的力反馈值和风力驱动装置模拟风载的力目标值确定风力驱动装置的运行速度；

转速控制模块：用于根据机翼折叠驱动装置的转速确定机翼折叠驱动装置的电流值；

执行模块：用于根据机翼折叠驱动装置的电流值和风力驱动装置的运行速度控制机翼折叠驱动装置的折叠与展开。

9.根据权利要求8所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制系统，其特征在于，转速控制模块包括：

反馈转速确定模块：用于获取机翼的角度，根据机翼的角度确定机翼折叠驱动装置的反馈转速；

电流值确定模块：用于根据机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速确定机翼折叠驱动装置的电流值，所述机翼折叠驱动装置的转速包括机翼折叠驱动装置的目标转速和机翼折叠驱动装置的反馈转速。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有程序文件，所述程序文件被执行实现如权利要求1-7任一项所述的机翼折叠驱动装置的模拟风载控制方法。