KR20190110361A - The method of active vibration control for helicopter - Google Patents

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임형찬
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F15/002Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion characterised by the control method or circuitry

Abstract

The present invention relates to an active vibration control method of a helicopter comprising: a signal processing step of receiving information from an accelerometer arranged on a helicopter to extract a sensor output value including an N/rev value; a step of selecting a helicopter property model matched to the sensor output value among preset helicopter property models; a parameter selection step of determining a control speed of a control algorithm in accordance with a vibration level of the sensor output value and a mode selection of a user; a vibration control model updating step of updating a vibration control algorithm from the parameter and the helicopter property model; and a control input generation step of generating a control input to drive one or more load generators from the updated vibration control model. The active vibration control method of a helicopter can select a helicopter property model in accordance with vibration of a main rotor to generate a control input to reduce vibration of a helicopter.

Description

헬리콥터의 능동진동 제어 방법{THE METHOD OF ACTIVE VIBRATION CONTROL FOR HELICOPTER}Helicopter active vibration control method {THE METHOD OF ACTIVE VIBRATION CONTROL FOR HELICOPTER}

본 발명은 헬리콥터의 능동진동 제어 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 헬리콥터에서 발생되는 진동을 감소시키기 위한 능동진동 제어 및 고장진단 가능한 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling active vibration of a helicopter, and more particularly, to an active vibration control and a trouble-detectable control method for reducing vibration generated in a helicopter.

헬리콥터의 메인 로터는 회전에 따라 상당한 진동이 발생하게 되며, 이를 저감하기 위한 방법으로서 수동형 및 능동형 진동저감장치가 개발되어 있다. 수동형 진동저감장치는 스프링-질량으로 구성되어 헬리콥터의 국부적인 위치에서 진동저감을 위한 가진 주파수와 일치하는 고유주파수를 갖도록 설계되어 진동을 감소시킨다. 능동형 진동저감장치는 주 진동에 따라 하중발생기의 출력을 조절하여 진동을 감소시키게 된다. 이러한 종래의 능동형 진동저감 기술과 관련하여 대한민국 공개특허 제10-2014-0068875가 공개되어 있다.The main rotor of the helicopter generates a significant vibration as it rotates, as a way to reduce this has been developed passive and active vibration reduction device. Passive vibration reduction devices are constructed of spring-mass and are designed to have a natural frequency that matches the excitation frequency for vibration reduction at the local position of the helicopter to reduce vibration. The active vibration reducing device reduces the vibration by adjusting the output of the load generator according to the main vibration. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0068875 is disclosed in relation to the conventional active vibration reduction technology.

그러나 이러한 종래기술은 빠른속도로 제어할 때 불안정성이 발생하는 문제점이 있었다.However, this conventional technology has a problem that instability occurs when controlling at a high speed.

대한민국 공개특허 제10-2014-0068875 호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0068875

본 발명은 종래의 헬리콥터의 능동형 진동저감 기술의 문제점을 해결하여 빠른속도로 제어하며 급격한 진동변화에도 충분한 안정성이 확보되는 헬리콥터의 능동진동 제어방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.Disclosure of Invention The present invention aims to provide a method for controlling an active vibration of a helicopter, which solves the problems of an active vibration reduction technology of a conventional helicopter at high speed and ensures sufficient stability even in a sudden vibration change.

상기 과제의 해결 수단으로서, 본 발명에 따라 헬리콥터에 구비된 가속도계로부터 정보를 수신하여 N/rev 값을 포함하는 센서출력값을 추출하는 신호처리단계, 기 설정된 헬기특성모델 중 센서출력값에 매칭되는 헬기특성모델을 선택하는 단계, 센서출력값의 진동수준 및 사용자의 모드선택에 따라 제어 알고리즘의 제어속도를 결정하는 매개변수 선정단계, 매개변수와 헬기특성모델로부터 진동제어 알고리즘을 갱신하는 진동제어모델 갱신단계 및 갱신된 진동제어모델로부터 하나 이상의 하중 발생기를 구동하는 제어입력을 생성하는 제어입력 생성단계를 포함하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법이 제공될 수 있다.As a means for solving the above problems, a signal processing step of receiving information from the accelerometer provided in the helicopter according to the present invention to extract the sensor output value including the N / rev value, helicopter characteristics matching the sensor output value of the preset helicopter characteristics model Selecting a model, selecting a parameter to determine the control speed of the control algorithm according to the vibration level of the sensor output value and the user's mode selection, updating the vibration control model to update the vibration control algorithm from the parameter and the helicopter characteristic model, and There may be provided an active vibration control method for a helicopter including a control input generation step of generating a control input for driving one or more load generators from an updated vibration control model.

여기서, 헬기특성모델은 헬리콥터의 주로터가 회전하는 상태에서 하중발생기가 구동될 때 가속도계로부터 수신되는 정보를 근거로 계산될 수 있다.Here, the helicopter characteristic model may be calculated based on information received from the accelerometer when the load generator is driven while the helicopter's main rotor is rotating.

그리고, 신호처리단계는 가속도계로부터 수신된 정보에 대역통과 필터링을 수행하며, 타코미터의 위상과 동기화된 코사인 신호(cosin) 및 사인(sin) 신호를 필터링된 정보에 곱하는 변조를 수행하며, 변조된 정보로부터 N/rev 가속도 성분의 크기와 위상정보를 포함하는 센서출력값을 추출하도록 구성될 수 있다.The signal processing step performs bandpass filtering on the information received from the accelerometer, modulates the cosine and sin signals synchronized with the phase of the tachometer by the filtered information, and modulates the modulated information. Can be configured to extract a sensor output value from the N / rev acceleration component including the magnitude and phase information.

그리고, 매개변수 선정단계는 센서출력값에 따라 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 대응되며, 구간별로 각각 다른 제어속도를 가질 수 있도록 제어 수렴률이 상이하게 적용되며, 모드선택은 진동저감 목표부분에 따라 가중치를 선택하도록 구성될 수 있다.The parameter selection step corresponds to any one of a plurality of sections according to the sensor output value, and the control convergence rate is differently applied to have different control speeds for each section, and the mode selection is applied to the vibration reduction target portion. Can be configured to select weights accordingly.

또한, 진동제어모델 갱신단계는 진동제어 알고리즘의 목적함수를 갱신하며, 수렴률, 헬기특성모델 및 가중치가 반영된 가속도를 근거로 제어하중의 그래디언트(gradient)를 계산하며, 현재 제어하중, 안정성향상 변수 및 계산된 제어하중의 그래디언트를 근거로 제어입력을 계산될 수 있다.In addition, the vibration control model update step updates the objective function of the vibration control algorithm, calculates the gradient of the control load based on the convergence rate, the helicopter characteristic model, and the acceleration reflecting the weight, and the current control load and stability improvement variables. And a control input based on the calculated gradient of the control load.

나아가, 헬기특성모델을 선택하는 단계는 복수의 헬기특성모델 중 헬리콥터의 주 가진 주파수에 대응하여 어느 하나의 모델이 선택될 수 있다.Furthermore, in the selecting of the helicopter characteristic model, any one model may be selected corresponding to the main frequency of the helicopter among the plurality of helicopter characteristic models.

한편, 헬기특성모델을 선택하는 단계에서 선택된 헬기특성모델은 진동제어 업데이트 방정식에 적용될 수 있도록 에르미트 전치가 적용될 수 있다.In the meantime, the selected helicopter characteristic model may include a Hermitian transpose so that the selected helicopter characteristic model may be applied to the vibration control update equation.

본 발명에 따른 헬리콥터의 능동진동 제어방법은 주 로터의 회전수에 따라 헬기특성모델을 선택하여 제어입력을 발생시킬 수 있어 헬리콥터의 주로터 회전수에 따른 진동을 감소시키는 효과가 있다.The active vibration control method of the helicopter according to the present invention can select the helicopter characteristic model according to the rotational speed of the main rotor to generate a control input, thereby reducing the vibration according to the rotational speed of the main rotor of the helicopter.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 헬리콥터의 능동진동 제어법칙이다.
도 2는 제1 실시예의 헬기특성 생성단계의 개념도이다.
도 3은 제1 실시예의 헬기특성 생성단계의 흐름도이다.
도 4는 제1 실시예의 신호처리단계의 흐름도이다.
도 5는 제1 실시예의 헬기특성모델 선택단계의 블록도이다.
도 6은 제1 실시예의 제어변수 선택단계의 블록도이다.
도 7은 제어변수 선택단계에서 스텝 사이즈 결정에 대한 개념도이다.
도 8은 제1 실시예의 진동 제어 단계의 블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제2 실시예인 헬리콥터의 능동진동 제어방법의 순서도이다.
도 10은 제2 실시예의 고진동 진단단계의 순서도이다.
도 11은 제2 실시예의 로터 회전수 진단단계의 순서도이다.
도 12는 제2 실시예의 제어상태 진단단계의 순서도이다.
도 13은 제2 실시예의 제어입출력 진단단계의 순서도이다.
1 is an active vibration control law of a helicopter according to a first embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram of a helicopter characteristic generation step of the first embodiment.
3 is a flowchart of a helicopter characteristic generation step of the first embodiment.
4 is a flowchart of a signal processing step of the first embodiment.
5 is a block diagram of a helicopter characteristic model selection step of the first embodiment.
6 is a block diagram of a control variable selection step of the first embodiment.
7 is a conceptual diagram for determining the step size in the control variable selection step.
8 is a block diagram of the vibration control step of the first embodiment.
9 is a flowchart of an active vibration control method of a helicopter according to a second embodiment of the present invention.
10 is a flowchart of the high vibration diagnosis step of the second embodiment.
Fig. 11 is a flowchart of the rotor speed diagnosis step of the second embodiment.
12 is a flowchart of a control state diagnosis step of the second embodiment.
13 is a flowchart of a control input / output diagnosis step of the second embodiment.

이하, 본 발명의 실시 예에 헬리콥터의 능동진동 제어방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.Hereinafter, an active vibration control method of a helicopter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. And the names of each component in the description of the following embodiments may be called other names in the art. However, if their functional similarity and identity, even if the modified embodiment can be seen as an equivalent configuration. In addition, the symbols added to each component is described for convenience of description. However, the contents shown in the drawings in which these symbols are described do not limit each component to the ranges in the drawings. Similarly, even if an embodiment in which the configuration on the drawings is partially modified is employed, it can be regarded as an equivalent configuration if there is functional similarity and identity. In addition, in view of the general level of those skilled in the art, if it is recognized as a component to be included naturally, the description thereof will be omitted.

이하에서 설명하는 '헬리콥터' 또는 '헬기' 란 HELICOPTER와 동일한 의미임을 미리 밝혀 둔다.'Helicopter' or 'helicopter' described below means the same meaning as the HELICOPTER.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 헬리콥터의 능동진동 제어법칙이다.1 is an active vibration control law of a helicopter according to a first embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헬리콥터의 능동진동 제어법칙은 헬기특성모델 생성 단계(S100), 신호 처리 단계(S200), 헬기특성모델 선택 단계(S300), 제어 매개변수 선택 단계(S400), 진동 제어 단계(S500)를 포함하여 구성될 수 있다. 헬리콥터의 비행 전 헬기특성모델을 생성며, 비행 중 수신되는 진동정보에 따라 헬기특성모델을 선택하고 이를 반영하여 헬기에 구비된 하중발생기를 작동시키는 제어입력을 발생시키게 된다.As shown, the active vibration control law of the helicopter according to the present invention is a helicopter characteristic model generation step (S100), signal processing step (S200), helicopter characteristic model selection step (S300), control parameter selection step (S400), It may be configured to include a vibration control step (S500). Helicopter characteristic model is generated before the flight of the helicopter, the helicopter characteristic model is selected according to the vibration information received during the flight and reflects this to generate a control input to operate the load generator provided in the helicopter.

도 2는 제1 실시예의 헬기특성모델 생성단계의 개념도이며, 도 3은 제1 실시예의 헬기특성모델 생성단계의 흐름도이다.2 is a conceptual diagram of the helicopter characteristic model generation step of the first embodiment, and FIG. 3 is a flowchart of the helicopter characteristic model generation step of the first embodiment.

헬기특성모델 생성단계(S100)는 진동 제어의 입력값인 헬기특성모델을 생성하는 단계이다. 헬기특성모델은 주 로터가 회전하는 상태에서 헬기의 특성모델을 계산할 수 있도록 구성된다.The helicopter characteristic model generation step (S100) is a step of generating a helicopter characteristic model which is an input value of vibration control. The helicopter characteristic model is constructed to calculate the characteristic model of the helicopter while the main rotor is rotating.

헬기특성모델 생성단계(S100)는 작동기의 구동에 필요한 제어명령을 생성하는 단계(S110), 작동기 제어 명령 전달 단계(S120), 가속도 신호 획득 단계(S130), 가속도 신호와 작동기 제어 명령을 이용하여 특성모델을 계산하는 단계(S140), 작동기 개수만큼 반복수행하여 특성모델을 누적하여 임시 저장하는 단계(S150), 계산이 완료된 특성모델을 행렬 형태로 저장하는 단계(S160), 특성모델을 메모리에 저장하는 단계(S170)를 포함하여 구성될 수 있다.Helicopter characteristic model generation step (S100) is to generate a control command for driving the actuator (S110), actuator control command transmission step (S120), acceleration signal acquisition step (S130), using the acceleration signal and the actuator control command Computing the characteristic model (S140), repeatedly performing as many as the number of actuators to accumulate and temporarily store the characteristic model (S150), storing the calculated characteristic model in a matrix form (S160), the characteristic model in the memory It may be configured to include a step (S170) for storing.

헬기특성모델은 동하중을 생성하는 하중발생기를 구동시키며, 하중발생기의 구동으로 인한 진동과 주 로터에서 발생되는 진동이 복합적으로 발생될 때 가속도계로부터 획득한 가속도 데이터를 이용하여 계산될 수 있다. 진동은 이론 또는 설계시 예상되는 진동의 수준과 실제 발생하는 진동에 차이가 발생할 수 있으며, 이는 구조적인 영향 및 조립과정에서 발생되는 다양한 요인으로부터 기인한다. 따라서 실제 헬리콥터에서 입력과 출력을 측정하여 실험적으로 시스템의 모델을 획득하게 된다. 헬리콥터 시스템의 모델인 헬기특성모델은 하중발생기의 개수 및 주 로터의 진동수준에 따라 복수개로 생성될 수 있다.The helicopter characteristic model drives the load generator generating dynamic load and can be calculated using the acceleration data obtained from the accelerometer when the vibration caused by the driving of the load generator and the vibration generated in the main rotor are combined. Vibration may differ between the level of vibration expected in theory or design and the vibration that is actually generated, due to structural influences and various factors generated during the assembly process. Therefore, the model is measured experimentally by measuring inputs and outputs in a real helicopter. The helicopter characteristic model, which is a model of the helicopter system, can be generated in plural according to the number of load generators and the vibration level of the main rotor.

신호처리단계(S200)는 가속도계의 신호의 N/rev 성분을 추출하도록 구성된다. 신호처리단계(S200)는 2차 IIR 저주파 통과 필터링단계(S210), 2차 IIR 고주파 통과 필터링단계(S220), 코사인단계(cos), 사인단계(sin) 신호 변조단계(S230), 가속도 성분의 크기, 위상 추출단계(S240), 필터 위상오차 보정단계(S250) 및 크기 제한단계(S260)를 포함하여 구성될 수 있다.The signal processing step S200 is configured to extract the N / rev component of the signal of the accelerometer. Signal processing step (S200) is the second IIR low pass filtering step (S210), the second IIR high pass filtering step (S220), cosine step (cos), sin signal step (sin) signal modulation step (S230), acceleration component of Size, phase extraction step (S240), filter phase error correction step (S250) and size limiting step (S260) can be configured.

2차 IIR 저주파 통과 필터링단계(S210)은 가속도계로부터 수신되는 신호에 2차의 IIR(Infinite Impulse Responce) 저주파 통과 필터(low-pass filter)를 적용하는 단계이다.The second-order IIR low pass filtering step S210 is a step of applying a second-order Infinite Impulse Responce (IIR) low-pass filter to a signal received from an accelerometer.

2차 IIR 고주파 통과 필터링단계(S220)은 가속도계로부터 수신되는 신호에 2차의 IIR 고주파 통과 필터(High-pass filter)를 적용하는 단계이다.Secondary IIR high pass filtering step (S220) is a step of applying a second IIR high-pass filter (High-pass filter) to the signal received from the accelerometer.

2차 IIR 저주파 및 고주파 필터링을 통하여 대역통과 필터(band-pass filter) 기능이 구현될 수 있다.A band-pass filter function may be implemented through second-order IIR low frequency and high frequency filtering.

코사인(cos), 사인(sin) 신호 변조단계(S230)는 다코미터의 위상과 동기화된 코사인 및 사인 신호를 필터링된 가속도 신호에 곱하여 신호를 변조하는 단계에 해당한다.A cosine and sin signal modulation step S230 corresponds to a step of modulating the signal by multiplying the cosine and sine signals synchronized with the phase of the dachometer by the filtered acceleration signal.

가속도 성분의 크기, 위상 추출단계(S240)은 변조된 가속도 신호로부터 N/rev 가속도 성분의 크기와 위상정보를 추출하는 단계에 해당한다.The magnitude and phase extraction step of the acceleration component (S240) corresponds to the step of extracting the magnitude and phase information of the N / rev acceleration component from the modulated acceleration signal.

필터 위상오차 보정단계(S250)은 대역통과 필터의 특성에 따른 위상오차를 보상하기 위한 기능이 수행된다.In the filter phase error correction step S250, a function for compensating for the phase error according to the characteristics of the bandpass filter is performed.

크기 제한단계(S260)은 출력되는 N/rev 가속도 성분의 최대 값이 제한치를 넘지 않도록 조정한다.The size limiting step S260 adjusts the maximum value of the output N / rev acceleration component so as not to exceed the limit.

헬기특성모델 선택단계(S300)는 가속도 신호에 따라 진동 제어 방정식에 적용될 헬기특성(C-model)을 선택하며, 진동 제어에 적용하기 위해 변형하는 단계에 해당한다.The helicopter characteristic model selection step (S300) selects a helicopter characteristic (C-model) to be applied to the vibration control equation according to the acceleration signal and corresponds to the step of deforming to apply to the vibration control.

도 5는 제1 실시예의 헬기특성모델 선택단계의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 헬기특성모델 선택단계는 주 가진 주파수(N/rev 주파수)에 따른 헬기특성 모델 인덱스 선택단계(S310), 헬기특성모델의 에르미트 전치단계(S320), 가속도계/하중발생기 상태정보 계산 및 출력단계(S330)을 포함하여 구성될 수 있다.5 is a block diagram of a helicopter characteristic model selection step of the first embodiment. As shown, the helicopter characteristic model selection step includes the helicopter characteristic model index selection step (S310) according to the main excitation frequency (N / rev frequency), the Hermit preposition step (S320) of the helicopter characteristic model, the accelerometer / load generator state information It may be configured to include a calculation and output step (S330).

주 가진 주파수에 따른 헬기특성 모델 인덱스 선택단계(S310)은 N/rev 주파수에 따른 헬기특성모델을 계산할 수 있게 된다. 헬기특성 모델은 입력된 주파수 설정범위와 범위개수 값을 기준으로 주 가진 주파수에 따른 모델 인덱스를 선택하고 이를 통해 헬기특성을 계산하게 된다.The helicopter characteristic model index selection step (S310) according to the main excitation frequency may calculate the helicopter characteristic model according to the N / rev frequency. The helicopter characteristic model selects the model index according to the main frequency based on the input frequency setting range and the range number value, and calculates the helicopter characteristics through this.

헬기특성모델의 에르미트 전치단계(S320)는 주 가진 주파수에 대한 핼기특성모델을 진동 제어 업데이트 방정식에 적용 가능하도록 에르미트 전치를 수행하는 단계이다.The Hermit transposition step S320 of the helicopter characteristic model is a step of performing the Hermit transposition so that the Helicopter characteristic model for the main frequency can be applied to the vibration control update equation.

가속도계/하중발생기 상태정보 계산 및 출력단계(S330)는 가속도계 및 하중발생기에 장착된 구성정보와 현재 상태를 비교하여 제어에 적용할 상태정보를 계산하고 출력하는 단계에 해당한다.Accelerometer / load generator state information calculation and output step (S330) corresponds to the step of calculating and outputting the state information to be applied to the control by comparing the current state and the configuration information mounted on the accelerometer and load generator.

제어변수 선택단계(S400)는 평균진동수준에 따라 수렴률(convergence rate)를 선택하며, 사용자의 입력(discrete input)에 따라 센서가중치(accelerometer weighting)를 선택하는 단계에 해당한다.Control variable selection step (S400) selects the convergence rate (convergence rate) according to the average vibration level, and corresponds to the step of selecting the sensor weight (accelerometer weighting) according to the user's input (discrete input).

도 6은 제1 실시예의 제어변수 선택단계의 블록도이다. 도시된 바와 같이 제어변수 선택단계는 수렴률 선택단계(S410) 및 사용자 입력에 따른 모드선택단계(S420) 포함하여 구성될 수 있다.6 is a block diagram of a control variable selection step of the first embodiment. As shown in the drawing, the control variable selection step may include a convergence rate selection step S410 and a mode selection step according to a user input S420.

도 7은 제어변수 선택단계에서 스텝 사이즈 결정에 대한 개념도이다. 수렴률 선택단계(S410)는 현재 진동수준에서 제어속도와 안정성을 고려하여 수렴률을 선택하는 단계에 해당한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제어 수렴률은 진동 제어 알고리즘의 제어속도를 결정하는 매개변수이며, 복수의 임계값을 기준으로 제어 수렴률이 결정될 수 있다. 제어 수렴률 높으면(더 짧은 간격으로 제어입력이 생성되도록 스텝 크기가 작음) 제어속도는 빠르나 제어상태가 급격한 제어입력의 변화로 제어상태가 불안정해질 수 있으며, 반대로 제어 수렴률이 낮은 경우(상대적으로 긴 간격으로 제어입력이 생성되도록 스텝 크기가 큼)에는 제어속도는 낮으나 안정성을 확보할 수 있어 적절한 trade-off가 필요하다. 본 발명에서는 일 예로 평균진동수준에 따라 3개의 구간으로 분류하며 진동수준이 높은 zone 1 에 대하여는 제어 수렴률을 높게, zone 3에 대하여는 제어 수렴률을 낮게 선택하며, 중간값인 zone 2에 대하여는 제어 수렴률을 중간이 되도록 선택한다. 다만, 3가지 수렴률은 일 예일 뿐 하드웨어의 성능 및 제어 알고리즘에 따라 적절한 수로 구분되어 결정될 수 있다.7 is a conceptual diagram for determining the step size in the control variable selection step. Convergence rate selection step (S410) corresponds to the step of selecting the convergence rate in consideration of the control speed and stability at the current vibration level. As shown in FIG. 7, the control convergence rate is a parameter that determines the control speed of the vibration control algorithm, and the control convergence rate may be determined based on a plurality of threshold values. If the control convergence rate is high (the step size is small so that the control input is generated at shorter intervals), the control speed is high, but the control state may become unstable due to the sudden change of the control input, and conversely, if the control convergence rate is low (relatively, In order to generate control inputs at long intervals, the control speed is low, but stability is ensured, so appropriate trade-off is required. In the present invention, as an example, three sections are classified according to the average vibration level, and the control convergence rate is selected to be high for zone 1 with a high vibration level, the control convergence rate is low for zone 3, and the control is performed for zone 2, which is an intermediate value. Select the convergence rate to be medium. However, the three convergence rates are just examples and may be determined by being divided into appropriate numbers according to hardware performance and control algorithms.

모드선택단계(S420)는 사용자, 즉 조종사가 진동저감을 집중시키는 영역을 선택하는 단계이다. 모드선택단계(S420)는 조종사의 모드 선택 입력에 따라 매개변수로 가중치를 적용하지 않는 일반모드, 조종실 진동을 위주로 줄이는 조종사모드 및 VIP 탑승시 객실 진동을 위주로 줄이는 객실모드의 총 3가지 모드로 구성될 수 있다. 모드선택에 따라 제어 매개변수를 선택하여 진동저감을 집중시킬 수 있도록 제어입력에 반영하게 된다.The mode selection step S420 is a step of selecting a region in which the user, that is, the pilot concentrates vibration reduction. Mode selection step (S420) is composed of a total of three modes, the general mode does not apply weight as a parameter according to the mode selection input of the pilot, the pilot mode mainly for reducing the vibration of the cockpit and the cabin mode for reducing the vibration of the cabin mainly on the VIP boarding Can be. The control parameter is selected according to the mode selection and reflected in the control input to concentrate the vibration reduction.

진동 제어 단계(S500)는 진동 제어 방정식을 헬기상태모델을 근거로 갱신하여 제어하중과 목적함수를 계산하는 단계에 해당한다. The vibration control step S500 corresponds to the step of calculating the control load and the objective function by updating the vibration control equation based on the helicopter state model.

도 8은 제1 실시예의 진동 제어 단계의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 진동 제어 모델은 진동 제어 업데이트 방정식에 따라 제어하중과 leaky Filtered-x least Mean Square(leakly F-x LMS) 알고리즘의 목적함수를 계산하도록 구성된다.8 is a block diagram of the vibration control step of the first embodiment. As shown, the vibration control model is configured to calculate the control load and the objective function of the leaky Filtered-x least Mean Square (leakly F-x LMS) algorithm according to the vibration control update equation.

진동 제어 업데이트 방정식은 다음과 같이 구성된다.The vibration control update equation is constructed as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서

Figure pat00002
는 Command,
Figure pat00003
는 Current Command이고,
Figure pat00004
는 Convergence rate,
Figure pat00005
는 Leak(안정성 향상 factor),
Figure pat00006
는 C-model,
Figure pat00007
는 Hermitian transpose,
Figure pat00008
는 Accelerometer weighting,
Figure pat00009
는 error (acceleration)을 뜻한다.here
Figure pat00002
Command,
Figure pat00003
Is the Current Command,
Figure pat00004
Is the convergence rate,
Figure pat00005
Is the Leak (stability improvement factor),
Figure pat00006
The C-model,
Figure pat00007
Hermitian transpose,
Figure pat00008
Accelerometer weighting,
Figure pat00009
Means error (acceleration).

그리고

Figure pat00010
Figure pat00011
는 복소 matrix이며,
Figure pat00012
Figure pat00013
는 scalar이며,
Figure pat00014
는 복소 matrix이며,
Figure pat00015
는 실수 matrix이고,
Figure pat00016
는 복소 matrix이다.And
Figure pat00010
And
Figure pat00011
Is a complex matrix,
Figure pat00012
And
Figure pat00013
Is scalar,
Figure pat00014
Is a complex matrix,
Figure pat00015
Is a real matrix,
Figure pat00016
Is a complex matrix.

진동 제어알고리즘 목적함수 수식은 다음과 같다.Vibration control algorithm The objective function equation is as follows.

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서

Figure pat00018
는 Cost function of leaky F-x LMS Algorithm,
Figure pat00019
는 error (acceleration),
Figure pat00020
는 Hermitian transpose,
Figure pat00021
는 Accelerometer weighting,
Figure pat00022
는 Leak,
Figure pat00023
는 Current Command이다. here
Figure pat00018
The cost function of leaky Fx LMS Algorithm,
Figure pat00019
Error (acceleration),
Figure pat00020
Hermitian transpose,
Figure pat00021
Accelerometer weighting,
Figure pat00022
Leak,
Figure pat00023
Is the Current Command.

그리고,

Figure pat00024
Figure pat00025
는 scalar이며.
Figure pat00026
Figure pat00027
는 복소 matrix이고,
Figure pat00028
는 실수 matrix이다.And,
Figure pat00024
And
Figure pat00025
Is scalar.
Figure pat00026
And
Figure pat00027
Is a complex matrix,
Figure pat00028
Is a real matrix.

진동 제어 단계는 가속도 센서가중치 적용 단계(S510), 제어하중 Gradient 부분(

Figure pat00029
) 계산 단계(S520), 제어하중 수식을 통한 제어하중 계산단계(S530), 하중발생기 사이 연관행렬 적용(Force Mapping)단계(S540), 제어하중에 하중발생기 상태정보 적용단계(S550), 제어하중 한정(Limitation)단계(S560), 현재 제어하중 계산단계(S570), 제어하중 지연효과 적용(Slew rate)단계(S580), 목적함수 계산단계(S590)를 포함하여 구성될 수 있다.The vibration control step is an acceleration sensor weight application step (S510), the control load gradient portion (
Figure pat00029
) Calculation step (S520), control load calculation step through the control load equation (S530), the relationship between the load generator (Force Mapping) step (S540), applying the load generator status information to the control load (S550), control load It may include a limitation step (S560), the current control load calculation step (S570), the control load delay effect (Slew rate) step (S580), the objective function calculation step (S590).

가속도 센서가중치 적용 단계(S510)는 제어매개변수 선택 단계(S400)에서 출력된 센서 가중치와 헬기특성모델 선택단계(S300)에서 출력된 가속도계의 상태정보를 가속도에 각각 곱하여 가중치와 상태정보를 적용하는 단계이다.Acceleration sensor weighting step (S510) is to apply the weight and status information by multiplying the acceleration by the sensor weight output in the control parameter selection step (S400) and the state information of the accelerometer output in the helicopter characteristic model selection step (S300), respectively. Step.

제어하중 Gradient 부분(

Figure pat00030
) 계산 단계(S520)는 수렴률(convergence rate), 헬기특성모델 및 가중치 적용된 가속도를 입력받아 제어하중의 그래디언트(gradient,
Figure pat00031
성분)를 계산하는 단계이다.Gradient part of control load (
Figure pat00030
The calculation step (S520) receives a convergence rate, a helicopter characteristic model, and a weighted acceleration and receives a gradient of a control load.
Figure pat00031
Component).

제어하중 수식을 통한 제어하중 계산단계(S530)는 제어하중 그래디언드 부분 계산 단계(520)에서 출력된 제어하중 그래디언트와 현재 제어하중 및 leak를 입력받아 제어하중을 계산하는 단계이다. 제어하중은 전술한 제어하중 수식에 따라 계산될 수 있다.The control load calculation step (S530) through the control load equation is a step of calculating the control load by receiving the control load gradient outputted from the control load gradient portion calculation step 520, the current control load, and the leak. The control load may be calculated according to the control load equation described above.

하중발생기 사이 연관행렬 적용(Force Mapping)단계(S540)는 Force Mapping Matrix를 제어하중에 행렬 곱 하여 Force Mapping을 수행하는 단계이다. Force Mapping은 2개의 하중발생기를 여러 방식으로 연관되도록 장착하여 제어하중 방향 및 크기를 조절하도록 구성된다. The force matrixing step (S540) between load generators is a step of performing force mapping by multiplying the force mapping matrix by a control load matrix. Force mapping is configured to control the direction and size of control loads by mounting two load generators in multiple ways.

제어하중에 하중발생기 상태정보 적용단계(S550)는 헬기특성모델 선택단계(S300)에서 출력된 하중발생기 상태정보를 제어하중에 곱하여 상태정보를 적용하는 단계에 해당한다.The step of applying the load generator state information to the control load (S550) corresponds to the step of applying the state information by multiplying the load generator state information output in the helicopter characteristic model selection step (S300) to the control load.

제어하중 한정(Limitation)단계(S560)는 설정한 제어하중 진폭한계에 따라 제어하중을 한정하고, 복소수의 진폭 및 위상 형태의 제어하중을 출력하도록 구성된다. 복소수 형태 제어하중은 위상이 변하지 않도록 비례식을 적용한 실수 및 허수부로 계산될 수 있다.The control load limitation step (S560) is configured to limit the control load according to the set control load amplitude limit and to output the control load in the form of complex amplitude and phase. The complex type control load can be calculated with real and imaginary parts using proportional expression so that the phase does not change.

제어하중의 진폭은 제어하중 진폭한계와 계산한 제어하중 진폭 중 작은 제어값을 출력하고 제어하중의 위상은 0~2pi의 값을 출력하도록 음의 위상이 보상되어 출력될 수 있다.The amplitude of the control load may output a smaller control value among the control load amplitude limit and the calculated control load amplitude, and the phase of the control load may be compensated for the negative phase to output a value of 0 to 2 pi.

현재 제어하중 계산단계(S570)는 출력할 제어하중을 다음단계에서 현재 제어하중으로 사용하도록 unit delay를 적용하는 단계이다.The present control load calculation step (S570) is a step of applying a unit delay to use the control load to be output as the current control load in the next step.

제어하중 지연효과 적용(Slew rate)단계(S580)는 제어하중의 안정적 변화를 위해 지연효과를 적용하여 단계마다 설정한 값만큼 제어하중이 변화하도록 한정하는 단계이다.Applying the control load delay effect (Slew rate) step (S580) is a step to limit the control load by the value set for each step by applying the delay effect for the stable change of the control load.

목적함수 계산단계(S590)는 알고리즘의 목적함수 수식(

Figure pat00032
)에 따라 알고리즘 자체진단시험(CBIT)에 사용할 목적함수를 계산하는 단계이다.The objective function calculating step (S590) is the objective function formula of the algorithm (
Figure pat00032
In this step, the objective function to be used for the algorithm self-diagnosis test (CBIT) is calculated.

한편 전술한 헬기특성모델 생성단계(S100)는 헬리콥터의 비행 전 미리 설정될 수 있으며, 신호처리 단계(S200) 내지 진동 제어 단계(S500)는 헬기의 비행 중 반복적으로 수행될 수 있다.On the other hand, the above-described helicopter characteristic model generation step (S100) may be set in advance before the flight of the helicopter, the signal processing step (S200) to vibration control step (S500) may be performed repeatedly during the flight of the helicopter.

이하에서는 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 제2 실시예인 헬리콥터 능동진동 제어방법에 대하여 설명하도록 한다. 제2 실시예에서는 제1 실시예와 동일한 구성요소를 포함하여 구성될 수 있으며, 동일한 구성요소에 대하여는 중복기재를 피하기 위하여 설명을 생략하고, 차이가 있는 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a helicopter active vibration control method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 13. The second embodiment may be configured to include the same components as the first embodiment, and the same components will be omitted in order to avoid overlapping descriptions, and the differences will be described in detail.

도 9는 본 발명에 따른 제2 실시예인 헬리콥터의 능동진동 제어방법의 순서도이다. 9 is a flowchart of an active vibration control method of a helicopter according to a second embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제2 실시예는 진동 제어 단계(S500) 이후 고진동 진단 단계(S600), 로터 회전수 진단 단계(S700), 제어 상태 진단 단계(S800), 제어 입출력 진단단계(S900)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in the second embodiment according to the present invention, after the vibration control step S500, the high vibration diagnosis step S600, the rotor rotation speed diagnosis step S700, the control state diagnosis step S800, and the control input / output diagnosis step S900. It may be configured to include).

제2 실시예에서는 현재 제어상태를 종합적으로 진단할 수 있도록 고진동 진단 단계(S600) 내지 제어 입출력 진단단계(S900)를 포함하여 구성된다.The second embodiment includes a high vibration diagnosis step S600 to a control input / output diagnosis step S900 to comprehensively diagnose the current control state.

도 10은 제2 실시예의 고진동 진단단계의 순서도이다. 도시된 바와 같이, 고진동 진단단계는 가속도계 신호의 개별신호 및 평균 신호에 대한 고진동 발생여부를 판단된다. 여기서 Accel_RMS_Avg_Calculation은 가속도계 신호의 크기값의 평균을 산출하며, High_Vibration_Check는 각 개별 가속도계 신호 및 가속도계 평균 신호에 대한 고진동 발생 여부를 판단한다.10 is a flowchart of the high vibration diagnosis step of the second embodiment. As shown, the high vibration diagnosis step determines whether high vibration is generated for the individual signals and the average signal of the accelerometer signal. Here, Accel_RMS_Avg_Calculation calculates an average value of the accelerometer signal, and High_Vibration_Check determines whether high vibration occurs for each individual accelerometer signal and accelerometer average signal.

도 11은 제2 실시예의 로터 회전수 진단단계의 순서도이다. 도시된 바와 같이 로터 회전수 진단 모델은 oneP frequency Average Calculation모듈, Acceleration RMS Average Calculation 모듈, Tach Status 모듈 및 Tach Valid Check 모듈을 포함하여 구성된다. Fig. 11 is a flowchart of the rotor speed diagnosis step of the second embodiment. As shown, the rotor rotation diagnosis model includes a oneP frequency Average Calculation module, an Acceleration RMS Average Calculation module, a Tach Status module, and a Tach Valid Check module.

oneP frequency Average Calculation 모듈은 매 스탭마다25개의 신호로 들어오는oneP frequency 값의 평균값을 산출하며, Acceleration RMS Average Calculation 모듈은 가속도계 신호의 크기값의 평균을 산출한다. Tach Status 모듈은 1초간의 oneP frequency 신호의 평균을 계산하여 그 결과를 통해 타코미터 신호의 상태를 Low, Normal, High로 판단하며, Tach Valid Check 모듈은 가속도계 신호 크기의 평균값과 타코미터 신호의 상태를 비교하여 타코미터 신호의 이상 유무를 판단한다.The oneP frequency Average Calculation module calculates the average value of the oneP frequency value of 25 signals per step. The Acceleration RMS Average Calculation module calculates the average value of the accelerometer signal magnitudes. The Tach Status module calculates the average of the oneP frequency signal for 1 second and determines the tachometer signal status as Low, Normal, or High based on the result.The Tach Valid Check module compares the average value of the accelerometer signal size with the tachometer signal status. Determine whether there is an abnormal tachometer signal.

도 12는 제2 실시예의 제어상태 진단단계의 순서도이다. 도시된 바와 같이 제어 상태진단 모델은 목적함수를 입력으로 받아 실시간으로 목적함수의 값을 점검하는 기능을 수행한다. 제어진단 모듈을 통해 발생하는 이벤트는 한 종류뿐이며, 위험수준은Level 0으로 정의하였다. 이에 따라 이벤트 발생 시 이벤트 데이터로 당시 목적함수 값을 출력한다. 제어진단 모듈은 크게 목적함수를 점검하는ControlAlgorithm CBIT 단계와, 출력 값을 생성하는Control BIT Log 단계로 구분된다. ControlAlgorithm CBIT 단계는 진단 대기 기능, 이벤트 선언 기능, 이벤트 해제 기능을 수행하며, Control BIT Log 단계는CNT Detect 및 목적함수 값을 이벤트가 선언된 시기에만 출력될 수 있도록 출력 값을 조정하는 기능을 한다.12 is a flowchart of a control state diagnosis step of the second embodiment. As shown, the control state diagnosis model receives the objective function as an input and checks the value of the objective function in real time. There is only one type of event that occurs through the control diagnostic module, and the risk level is defined as Level 0. Accordingly, the objective function value is output as event data when an event occurs. The control diagnosis module is divided into ControlAlgorithm CBIT step to check the objective function and Control Bit Log step to generate output value. The ControlAlgorithm CBIT step performs diagnostic wait, event declaration, and event clearing functions. The Control BIT Log step adjusts the output value so that the CNT Detect and objective function values are output only when the event is declared.

도 13은 제2 실시예의 제어입출력 진단단계의 순서도이다. 도시된 바와 같이, 제어입력진단모델은 CFG(하중발생기) 하중명령값(크기/위상), 하중출력값(크기/위상) 및CFG 상태값을 입력으로 받아 활성화된 CFG에 대해 명령값과 출력값의 차이를 크기와 위상별로 계산하고, 차이 값을 점검하는 기능을 수행한다. 제어입력진단 모듈을 통해 발생하는 이벤트는 일 예로 12 개의CFG의 크기/위상에 따라 총24가지 종류가 될 수 있으며, 위험수준은 모두 Level 0으로 정의하였다. 모든 이벤트가 동시에 발생 가능하기 때문에 이벤트 코드로 이벤트가 발생한 CFG ID를 구분할 수 없다. 따라서 이벤트 코드는 몇 개의 이벤트가 중복되어 발생되었는지를 구분하고, 해당CFG ID는 이벤트 데이터를 통해 구분하도록 정의된다.13 is a flowchart of a control input / output diagnosis step of the second embodiment. As shown, the control input diagnostic model receives the CFG (load generator) load command value (size / phase), load output value (size / phase), and CFG status value as inputs, and the difference between the command value and the output value for the activated CFG. Calculate the size by phase and phase, and check the difference value. Events that occur through the control input diagnosis module can be 24 types according to the size / phase of 12 CFGs as an example, and the risk level is defined as Level 0. Since all events can occur at the same time, the event code does not identify the CFG ID where the event occurred. Therefore, the event code is defined to distinguish how many events are duplicated and the corresponding CFG ID is defined through event data.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 헬리콥터의 능동진동 제어방법은 주 로터의 진동에 따라 헬기특성모델을 선택하여 제어입력을 발생시킬 수 있어 헬리콥터의 진동을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the active vibration control method of the helicopter according to the present invention can select the helicopter characteristic model according to the vibration of the main rotor to generate a control input, thereby reducing the vibration of the helicopter.

S100: 헬기특성모델 생성 단계
S200: 신호 처리 단계
S300: 헬기특성모델 선택 단계
S400: 제어 매개변수 선택 단계
S500: 진동 제어 단계
S600: 고진동 진단 단계
S700: 로터 회전수 진단 단계
S800: 제어 상태 진단 단계
S900: 제어 입출력 진단단계
S100: helicopter characteristic model generation step
S200: Signal Processing Step
S300: Selecting Helicopter Characteristic Model
S400: Steps to select control parameters
S500: vibration control step
S600: High Vibration Diagnostic Step
S700: Rotor rpm diagnostic step
S800: Control Status Diagnostic Steps
S900: Control Input / Output Diagnosis Step

Claims (7)

헬리콥터에 구비된 가속도계로부터 정보를 수신하여 N/rev 값을 포함하는 센서출력값을 추출하는 신호처리단계;
기 설정된 헬기특성모델 중 상기 센서출력값에 매칭되는 헬기특성모델을 선택하는 단계;
상기 센서출력값의 진동수준 및 사용자의 모드선택에 따라 제어 알고리즘의 제어속도를 결정하는 매개변수 선정단계;
상기 매개변수와 상기 헬기특성모델로부터 진동제어 알고리즘을 갱신하는 진동제어모델 갱신단계; 및
상기 갱신된 진동제어모델로부터 하나 이상의 하중 발생기를 구동하는 제어입력을 생성하는 제어입력 생성단계를 포함하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법.
A signal processing step of receiving information from an accelerometer provided in the helicopter and extracting a sensor output value including an N / rev value;
Selecting a helicopter characteristic model matching the sensor output value from a preset helicopter characteristic model;
A parameter selecting step of determining a control speed of a control algorithm according to the vibration level of the sensor output value and a user's mode selection;
A vibration control model updating step of updating a vibration control algorithm from the parameter and the helicopter characteristic model; And
And a control input generating step of generating a control input for driving one or more load generators from the updated vibration control model.
제1 항에 있어서,
상기 헬기특성모델은,
상기 헬리콥터의 주로터가 회전하는 상태에서 하중발생기가 구동될 때 가속도계로부터 수신되는 정보를 근거로 계산되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법.
According to claim 1,
The helicopter characteristic model,
Helicopter active vibration control method of the helicopter, characterized in that calculated based on the information received from the accelerometer when the load generator is driven.
제2 항에 있어서,
상기 신호처리단계는,
상기 가속도계로부터 수신된 정보에 대역통과 필터링을 수행하며,
타코미터의 위상과 동기화된 코사인 신호(cosin) 및 사인(sin) 신호를 필터링된 정보에 곱하는 변조를 수행하며,
상기 변조된 정보로부터 N/rev 가속도 성분의 크기와 위상정보를 포함하는 센서출력값을 추출하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법.
The method of claim 2,
The signal processing step,
Performing bandpass filtering on the information received from the accelerometer,
Performs modulation by multiplying the cosine and sin signals synchronized with the phase of the tachometer by the filtered information,
And a sensor output value including magnitude and phase information of an N / rev acceleration component is extracted from the modulated information.
제2 항에 있어서,
상기 매개변수 선정단계는,
상기 센서출력값에 따라 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 대응되며, 상기 구간별로 각각 다른 제어속도를 가질 수 있도록 제어 수렴률이 상이하게 적용되며,
상기 모드선택은 진동저감 목표부분에 따라 가중치를 선택하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법.
The method of claim 2,
The parameter selection step,
Corresponding to any one of a plurality of sections according to the sensor output value, the control convergence rate is differently applied to have a different control speed for each section,
And the mode selection selects a weight according to the vibration reduction target portion.
제4 항에 있어서,
상기 진동제어모델 갱신단계는 상기 진동제어 알고리즘의 목적함수를 갱신하며,
상기 수렴률, 상기 헬기특성모델 및 상기 가중치가 반영된 가속도를 근거로 제어하중의 그래디언트(gradient)를 계산하며,
현재 제어하중, 안정성향상 변수 및 계산된 제어하중의 그래디언트를 근거로 제어입력을 계산하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법.
The method of claim 4, wherein
The updating of the vibration control model updates the object function of the vibration control algorithm.
Calculating a gradient of a control load based on the convergence rate, the helicopter characteristic model, and the weighted acceleration;
A method for controlling the active vibration of a helicopter, comprising calculating a control input based on a gradient of a current control load, a stability enhancing variable, and a calculated control load.
제2 항에 있어서,
상기 헬기특성모델을 선택하는 단계는 복수의 헬기특성모델 중 상기 헬리콥터의 주 가진 주파수에 대응하여 어느 하나의 모델이 선택되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법.
The method of claim 2,
The selecting of the helicopter characteristic model may include any one of a plurality of helicopter characteristic models selected according to the main frequency of the helicopter.
제6 항에 있어서,
상기 헬기특성모델을 선택하는 단계에서 선택된 헬기특성모델은 진동제어 업데이트 방정식에 적용될 수 있도록 에르미트 전치가 적용되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 능동진동 제어방법.

The method of claim 6,
The helicopter characteristic model selected in the step of selecting the helicopter characteristic model, the active vibration control method of the helicopter, characterized in that the Hermit transpose is applied to be applied to the vibration control update equation.

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