專利名稱：非平衡螺旋槳振動(dòng)器的伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有非平衡螺旋槳的振動(dòng)器或力發(fā)生器的伺服控制設(shè)備或系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是有效衰減直升機(jī)和其它旋翼飛機(jī)上的振動(dòng)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，在這種飛機(jī)上安裝致動(dòng)器是為了消除或衰減特別是通過(guò)飛機(jī)的起飛和推進(jìn)機(jī)構(gòu)(特別是它的螺旋槳)施加于飛機(jī)機(jī)身的交變力產(chǎn)生的飛機(jī)振動(dòng)。
為此目的，使用至少一個(gè)傳送振動(dòng)測(cè)量信號(hào)的加速計(jì)來(lái)測(cè)量飛機(jī)振動(dòng)，其中測(cè)量信號(hào)通過(guò)處理器裝置進(jìn)行處理，該處理器裝置可能包括記錄在電子卡或機(jī)載計(jì)算機(jī)內(nèi)的算法，從而獲得施加于致動(dòng)器上以便于產(chǎn)生對(duì)抗所測(cè)得振動(dòng)的力的控制信號(hào)，如在例如美國(guó)專利No.5,473,698中所述。
這些力可以是戰(zhàn)勝所安裝物體相對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)平移的運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并且是由線性電磁致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的；同樣眾所周知的是使用包括非平衡螺旋槳以通過(guò)離心作用產(chǎn)生這些力的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器，如在例如美國(guó)專利No.5,005,439中所述。
本發(fā)明特別地應(yīng)用于包括兩對(duì)非平衡螺旋槳(或飛錘)的振動(dòng)器，其中每一對(duì)中的螺旋槳都是反向旋轉(zhuǎn)和同步的，全部4個(gè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸是平行的，(扁平)螺旋槳或飛錘基本上在與螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸正交的同一平面上延伸。
各對(duì)螺旋槳中兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)螺旋槳的持久同步可通過(guò)電子方法獲得；這應(yīng)用于使電動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)于各螺旋槳用于驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)器，諸如在以下專利FR 2 606110、EP 0 505 976、以及EP 1 439 010中所述的振動(dòng)器。在文獻(xiàn)FR 2 606 110中，卡爾曼濾波器接收通過(guò)加速計(jì)傳送的振動(dòng)信號(hào)，然后又傳送表示包括振動(dòng)的飛機(jī)和振動(dòng)器(或“抗振動(dòng)器”)的振動(dòng)系統(tǒng)的頻率、幅度、相位的信號(hào)。在該信號(hào)的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)經(jīng)由比較器控制各電動(dòng)機(jī)的速度和相位。在文獻(xiàn)EP 0 505 976中，闡述了卡爾曼濾波器產(chǎn)生對(duì)要補(bǔ)償?shù)牧捌浣穷l率的估算，并且還用積分產(chǎn)生對(duì)力的估算。該數(shù)據(jù)被傳送給計(jì)算單元，該計(jì)算單元從中演算半相偏置的值，根據(jù)該半相偏置的值可計(jì)算被轉(zhuǎn)換成四個(gè)電源電壓的四個(gè)速度設(shè)定點(diǎn)。計(jì)算模塊還使用來(lái)自四個(gè)角度編碼器的信號(hào)，以產(chǎn)生作為由飛錘產(chǎn)生的合力的像的信號(hào)。該信號(hào)與殘留加速信號(hào)累加，且累加結(jié)果作為輸入施加到卡爾曼濾波器。
EP 1 439 010中所述的系統(tǒng)包括，對(duì)應(yīng)于每個(gè)非平衡輪的只要在飛錘處于一特征位置時(shí)輪每轉(zhuǎn)一周就傳送一個(gè)脈沖信號(hào)的傳感器，并且它包括接收設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的信號(hào)處理器。相位基準(zhǔn)脈沖在設(shè)定點(diǎn)信號(hào)(向上)過(guò)零期間產(chǎn)生。基于這些信號(hào)，計(jì)算各螺旋槳的速度誤差信號(hào)和相位誤差信號(hào)；此外，兩個(gè)相位設(shè)定點(diǎn)信號(hào)是根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的賦范振幅來(lái)計(jì)算的。基于這些信號(hào)，帶比例和積分校正的速度控制信號(hào)和相位控制信號(hào)被相加，以便于向各電動(dòng)機(jī)提供控制信號(hào)。
那些發(fā)生器及其電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是復(fù)雜的。
各對(duì)螺旋槳中的螺旋槳還可通過(guò)特別在專利EP 0 840 191中所述的齒輪傳動(dòng)裝置、或通過(guò)如國(guó)際申請(qǐng)WO 2004/087343中所述的傳送帶來(lái)機(jī)械地同步。
在那些振動(dòng)發(fā)生器中，第一電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，同時(shí)第二電動(dòng)機(jī)用于調(diào)節(jié)/驅(qū)動(dòng)用以機(jī)械地調(diào)節(jié)第一對(duì)同步螺旋槳和第二對(duì)同步螺旋槳之間的相位差的移相器機(jī)構(gòu)和/或差動(dòng)機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明更特別地應(yīng)用于該類振動(dòng)器，其中本發(fā)明想要提供將振動(dòng)器伺服控制到設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的簡(jiǎn)易系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種穩(wěn)健的系統(tǒng)，用來(lái)基于力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的隨時(shí)間變化的頻率和振幅來(lái)伺服控制這些振動(dòng)器。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種簡(jiǎn)易和高性能的系統(tǒng)，用于伺服控制具有由第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四個(gè)非平衡螺旋槳的振動(dòng)器，并呈現(xiàn)由本身由第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備機(jī)械調(diào)節(jié)的相位差。
在一方面中，本發(fā)明提供這種伺服控制系統(tǒng)，包括·第一傳感器，它對(duì)第一對(duì)螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置敏感；·第二傳感器，它對(duì)第二對(duì)螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置、或者對(duì)移相器機(jī)構(gòu)的位置敏感；·第一控制裝置，用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位和頻率、并根據(jù)由第一和第二傳感器傳送的信號(hào)來(lái)控制第一電動(dòng)機(jī)；·第二控制裝置，用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位、頻率和振幅、并根據(jù)由第一和第二傳感器傳送的信號(hào)來(lái)控制第二電動(dòng)機(jī)。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中·該第二控制裝置包括用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率Fco和振幅Uco來(lái)計(jì)算兩對(duì)螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco的裝置；以及第一比較器裝置，用于將兩對(duì)螺旋槳之間所計(jì)算的相位差設(shè)定點(diǎn)φco和所測(cè)得的相位差φm作比較，并用于傳送對(duì)第二電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)；·兩對(duì)螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco應(yīng)用以下公式來(lái)確定φco＝arcos(Uco/Umax*Amax/(16*m*r*π2*Fco2))其中m和r分別是非平衡螺旋槳的質(zhì)量和離心率，Amax是振動(dòng)器可施加的最大的力，而Umax是與所述最大力相對(duì)應(yīng)的力設(shè)定信號(hào)的振幅。
·該第二控制裝置包括只要螺旋槳旋轉(zhuǎn)的頻率與設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率之差大于預(yù)定值就限制兩對(duì)螺旋槳之間的相位差的裝置—特別是用于在兩對(duì)螺旋槳之間保持相位差基本上等于180°的裝置；這使得在飛錘啟動(dòng)時(shí)通過(guò)使兩對(duì)飛錘所產(chǎn)生的力抵消來(lái)保持零力成為可能；·該第二控制裝置包括接收由第一比較器裝置傳送的信號(hào)、并輸出對(duì)第二電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)的第一調(diào)節(jié)器；·該第一控制裝置包括用于測(cè)量相位差以便于確定由振動(dòng)器所產(chǎn)生的力與力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)之間的測(cè)量相位差ψm、并根據(jù)所述相位差控制第一電動(dòng)機(jī)的裝置；·該系統(tǒng)包括第一頻率測(cè)量裝置，用于測(cè)量力設(shè)定信號(hào)的頻率Fco；第二頻率測(cè)量裝置，用于根據(jù)第一傳感器所傳送的信號(hào)來(lái)測(cè)量?jī)蓪?duì)螺旋槳之一的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；以及第二比較器裝置，用于對(duì)所述頻率Fco和Fm作比較、并輸出用于控制第一電動(dòng)機(jī)的比較信號(hào)。
·該第二控制裝置包括接收由第二比較器裝置傳送的信號(hào)的第二調(diào)節(jié)器；接收由相位差測(cè)量裝置傳送的信號(hào)的第三調(diào)節(jié)器；以及加法電路，用于接收由第二和第三調(diào)節(jié)器傳送的信號(hào)、并輸出對(duì)第一電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)；·該系統(tǒng)包括只要螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率之間的差大于預(yù)定值，就在第三調(diào)節(jié)器的輸出上將信號(hào)基本上保持為零的裝置。
·該系統(tǒng)呈現(xiàn)至少100赫茲(Hz)(例如等于約200Hz)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍；其中該動(dòng)態(tài)范圍與所要產(chǎn)生的力的頻率成比例地變化。
本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)以下參照附圖的描述顯現(xiàn)，附圖中無(wú)任何限制性質(zhì)地示出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。


圖1示出了本發(fā)明應(yīng)用其中的振動(dòng)器的操作原理。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)的第一較佳實(shí)施例的框圖。
圖3是示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的一部分的框圖，其中只有一個(gè)檢測(cè)器用于檢測(cè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)還包括用于感應(yīng)移相器機(jī)構(gòu)的位置的傳感器。
圖4是示出在三個(gè)不同實(shí)施例中由振動(dòng)器在本發(fā)明系統(tǒng)控制下產(chǎn)生的力(在縱坐標(biāo)上畫出)如何根據(jù)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度(沿著橫坐標(biāo)畫出)變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，伺服控制系統(tǒng)包括對(duì)第一對(duì)螺旋槳A的螺旋槳11的角位置θA敏感的第一傳感器C1，該第一對(duì)螺旋槳A包括同步反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳10和11，其非平衡產(chǎn)生方向沿箭頭Fya的振動(dòng)力；該系統(tǒng)包括對(duì)第二對(duì)螺旋槳B的螺旋槳13的角位置θB敏感的第二傳感器C2，該第二對(duì)螺旋槳B包括同步反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳12和13，其非平衡產(chǎn)生方向沿箭頭Fyb的振動(dòng)力。
在對(duì)應(yīng)于圖3的變體中，傳感器C2對(duì)用于調(diào)節(jié)第一對(duì)螺旋槳和第二對(duì)螺旋槳之間相位差的機(jī)構(gòu)的位置敏感。
參看圖2，伺服控制系統(tǒng)包括第一控制裝置MC1，用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)COEF的相位和頻率、并根據(jù)由傳感器C1和C2傳送的信號(hào)來(lái)控制第一電動(dòng)機(jī)M1；以及第二控制裝置MC2，用于根據(jù)該力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位、頻率和振幅、以及由傳感器C1和C2傳送的信號(hào)來(lái)控制第二電動(dòng)機(jī)。
第二控制裝置MC2包括用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)COEF的頻率Fco和振幅Uco來(lái)計(jì)算兩對(duì)螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco的裝置，所述裝置包括·頻率/電壓轉(zhuǎn)換器26，用于在其輸入端接收信號(hào)COEF，并在其輸出端傳送所述信號(hào)的振幅Uco；·兩個(gè)放大器24和25，其增益分別等于Amax/Umax和16*m*r*π2*Fco2，分別用于接收由模塊23和26傳送的信號(hào)或數(shù)據(jù)作為輸入，并使其輸出連接到除法器27的兩個(gè)輸入；以及·模塊28，用于計(jì)算反余弦三角函數(shù)，其輸入端接收來(lái)自除法器27的輸出，而其輸出端傳送兩對(duì)螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco。
由此該相位差通過(guò)應(yīng)用以下公式來(lái)確定φco＝arccos(Uco/Umax*Amax/16*m*r*π2*Fco2)
其中m和r分別是非平衡螺旋槳的質(zhì)量和離心率，Amax是振動(dòng)器可施加的最大的力，而Umax是與所述最大力相對(duì)應(yīng)的力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的振幅。
第二控制裝置MC2還具有第一比較器40，用于將所計(jì)算的相位差設(shè)定點(diǎn)φco和所測(cè)得的兩對(duì)螺旋槳之間的相位差φm作比較，并用于向傳送經(jīng)調(diào)節(jié)控制信號(hào)COM2的調(diào)節(jié)器29的輸入端傳送對(duì)第二電動(dòng)機(jī)M2的控制信號(hào)；第二控制裝置MC2還包括用于只要螺旋槳旋轉(zhuǎn)的頻率與設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率之差大于預(yù)定值就限制兩對(duì)螺旋槳之間的相位差的裝置一特別是用于在兩對(duì)螺旋槳之間保持相位差基本上等于180°的裝置。
這些限制器裝置包括放大器36，用于接收與設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率Fco和所測(cè)得的螺旋槳旋轉(zhuǎn)頻率Fm之間的差值對(duì)應(yīng)的信號(hào)作為輸入；來(lái)自該放大器的輸出控制斷開和閉合開關(guān)38和39的致動(dòng)器37，該致動(dòng)器37執(zhí)行以下更詳細(xì)指定的功能。
第一控制裝置MC1包括用于測(cè)量相位差以便于確定由振動(dòng)器所產(chǎn)生的力與力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)之間的測(cè)量相位差ψm、并根據(jù)所述相位差控制第一電動(dòng)機(jī)的裝置。這些裝置包括增益等于一半的放大器30和加法器31；該加法器31在其輸出端接收由相位比較器21在信號(hào)COEF與傳感器C1之間測(cè)量的相位差。
另一個(gè)相位比較器20接收來(lái)自傳感器C1和C2的信號(hào)作為輸入，并產(chǎn)生施加于放大器30的輸入端的相應(yīng)所測(cè)相位差φm作為輸出；來(lái)自該放大器的輸出施加于加法器31的第二輸入端。
在圖3所示的變體中，可看到用于計(jì)算所測(cè)得相位差ψm的放大器30和加法器31，以及相位比較器21；在該變體中，相位差φm直接在作用于由傳感器C2傳送的信號(hào)的信號(hào)成形器和放大器組件AMP的輸出端上獲得，該傳感器C2對(duì)兩對(duì)螺旋槳之間的相位差敏感。
該系統(tǒng)包括第一頻率測(cè)量裝置23，用于測(cè)量力設(shè)定信號(hào)的頻率Fco；第二頻率測(cè)量裝置22，用于根據(jù)第一傳感器所傳送的信號(hào)來(lái)測(cè)量?jī)蓪?duì)螺旋槳之一的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；以及第二比較器裝置32，用于對(duì)所述頻率Fco和Fm作比較、并傳送用于控制第一電動(dòng)機(jī)的比較信號(hào)。
第二控制裝置MC2包括接收由第二比較器裝置32傳送的信號(hào)的第二PID調(diào)節(jié)器33；接收由測(cè)量相位差的裝置30、31傳送的信號(hào)的第三PID調(diào)節(jié)器；以及加法電路35，用于接收由第二和第三調(diào)節(jié)器傳送的信號(hào)、并傳送對(duì)用于控制第一電動(dòng)機(jī)M1的輸出信號(hào)COM1。
所提出的伺服控制適于通過(guò)例如傳送帶或行星齒輪系機(jī)械驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)器的飛錘螺旋槳。在該類振動(dòng)器中，螺旋槳可通過(guò)無(wú)電刷直流(DC)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的伺服控制的主要功能是使“飛錘”以力設(shè)定點(diǎn)的頻率旋轉(zhuǎn)、并相對(duì)于所述信號(hào)有為零的相位差。
兩對(duì)螺旋槳之間的相位差通過(guò)DC電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，伺服控制該電動(dòng)機(jī)的目的是控制由飛錘振動(dòng)器產(chǎn)生的力的模量。
本發(fā)明的系統(tǒng)執(zhí)行兩個(gè)主要功能從力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)中提取數(shù)據(jù)(振幅、相位和頻率)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)產(chǎn)生對(duì)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，其中力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位作為相位基準(zhǔn)。
本發(fā)明使得將力設(shè)定點(diǎn)的振幅間接用于控制螺旋槳驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)成為可能；在該振幅變化的情形中，所產(chǎn)生的力的相位也將改變；本發(fā)明使得預(yù)計(jì)相位變化、以及獲得對(duì)所產(chǎn)生的力的快速響應(yīng)成為可能。
用于制造本系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)質(zhì)上可以是模擬的，從而使伺服控制的成本降低；也可使用數(shù)字電路。
振動(dòng)器的分析模型如下F＝4mrΩ2cos(φ(t))cos(2πF0*t+Ψ(t))其中t表示時(shí)間，F(xiàn)表示所產(chǎn)生的力(F＝Fya+Fyb)，φ(φ＝θA-θB)表示兩對(duì)飛錘之間的相位差，Ψ(Ψ＝(θA+θB)/2)表示所產(chǎn)生的力和控制信號(hào)之間的相位差，F(xiàn)0表示所產(chǎn)生力的頻率，而Ω＝2πF0表示以弧度/秒為單位的力的角頻率。
所產(chǎn)生的力的振幅因而取決于力的頻率和兩對(duì)飛錘之間的相位差。
使用本伺服控制所預(yù)期的該類致動(dòng)器，在任一對(duì)的兩個(gè)飛錘之間都存在不變的機(jī)械耦合，這需要該兩個(gè)飛錘進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。其它系統(tǒng)需要電子伺服控制以便于實(shí)現(xiàn)該功能。
該系統(tǒng)(比較圖2)包括用于提取數(shù)據(jù)的模塊，它使得可用于伺服控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)能從設(shè)定點(diǎn)信號(hào)中被提取出來(lái)。
輸入信號(hào)COEF可(通過(guò)帶通濾波器)被濾波，以便于選擇致動(dòng)器的工作頻帶以及限制干擾問(wèn)題。
對(duì)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)COEF進(jìn)行分析，以便于從中提取其頻率、振幅和相位；信號(hào)COEF的頻率Fco通過(guò)(模擬)頻率/電壓轉(zhuǎn)換器、或通過(guò)在信號(hào)的各個(gè)上升沿復(fù)位為零的計(jì)數(shù)器(數(shù)字方案)確定；振幅通過(guò)均方根(rms)類組件(模擬)、或通過(guò)在一個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間上計(jì)算“運(yùn)動(dòng)”積分來(lái)確定；此計(jì)算用于獲取可靠的并且連續(xù)更新的信息，并且比離散傅立葉變換需要更少的計(jì)算時(shí)間；信號(hào)COEF的相位被用作同步伺服控制的基準(zhǔn)設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的上升沿被用于使所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)同步。
用于伺服控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的三個(gè)設(shè)定點(diǎn)如下·用于螺旋槳(或飛錘)的旋轉(zhuǎn)頻率的設(shè)定點(diǎn)，該旋轉(zhuǎn)頻率等于設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率Fco；·所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)之間的相位差設(shè)定點(diǎn)Ψco，它通過(guò)信號(hào)COEF的過(guò)零直接獲得；·兩對(duì)飛錘之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco，它應(yīng)用以下表達(dá)式根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率和振幅獲得φco＝arccos(U0/Umax*Amax/(4mr(2πF0)2)其中U0表示信號(hào)COEF的振幅，Umax表示所述信號(hào)的最大幅度，Amax表示致動(dòng)器可產(chǎn)生的力的最大振幅(例如300十牛頓(daN))，而4mr(2πF0)2表示要產(chǎn)生的力的振幅；該計(jì)算用來(lái)確保所產(chǎn)生的力不超過(guò)由發(fā)生器的能力所決定的限值。
用于測(cè)量致動(dòng)器的內(nèi)部參數(shù)的模塊用來(lái)基于飛錘位置估算機(jī)械系統(tǒng)(振動(dòng)器)的狀態(tài)。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)傳感器(用于感應(yīng)螺旋槳的旋轉(zhuǎn))各自旋轉(zhuǎn)一周傳送一個(gè)脈沖，并通過(guò)計(jì)算兩對(duì)飛錘之間的相位差、以及一對(duì)飛錘與設(shè)定點(diǎn)信號(hào)之間的相位差來(lái)重構(gòu)所產(chǎn)生的力。
通過(guò)最小分辨率(每旋轉(zhuǎn)一周僅一個(gè)脈沖)的傳感器(例如電感傳感器)測(cè)量這兩個(gè)相位差用來(lái)“平均”將一周旋轉(zhuǎn)上的值，并因而消除因?yàn)橹亓Ξa(chǎn)生的振蕩。
來(lái)自傳感器C1和C2的信號(hào)—以及設(shè)定點(diǎn)信號(hào)COEF—最好被處理成避免因干擾引起的任何反彈。該處理包括低通濾波、隨后應(yīng)用開關(guān)閾值，以便于獲得“方波”類型的純凈信號(hào)。此類濾波根據(jù)振動(dòng)器工作的頻帶進(jìn)行選擇，以限制信號(hào)上的相位延遲。
為了測(cè)量來(lái)自傳感器C1和C2的信號(hào)之間的相位差φm，兩個(gè)信號(hào)之一被用作基準(zhǔn)；模塊20計(jì)算所述信號(hào)兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的周期T；為此，計(jì)數(shù)器在基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿啟動(dòng)，并在同一信號(hào)的隨后第一個(gè)上升沿停止，然后計(jì)數(shù)器通過(guò)雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)復(fù)位成零。
所述基準(zhǔn)信號(hào)與第二信號(hào)之間的延遲Δt用相同方式測(cè)量；如果Δt＞T/2，則Δt可被-(T-Δt)替代，以便于將相位差在+180°到-180°的范圍內(nèi)重新置中；相位差φ然后等于ΔT/T*360(度)。
為了測(cè)量?jī)蓪?duì)飛錘之間的相位差φm，使用由傳感器C1和C2傳送的分別關(guān)聯(lián)于各對(duì)螺旋槳的脈沖，該脈沖被用作相位差計(jì)算單元的輸入數(shù)據(jù)。
為了測(cè)量所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)之間的相位差Ψm，相位差在信號(hào)COEF與關(guān)聯(lián)于兩對(duì)螺旋槳之一的傳感器C1所傳送的信號(hào)之間測(cè)量，然后取決于所選擇的是哪對(duì)螺旋槳加上(或減去)φ/2。
各個(gè)電動(dòng)機(jī)由一模塊調(diào)節(jié)，該模塊包括最少一個(gè)比較器，用于計(jì)算從設(shè)定點(diǎn)信號(hào)中提取的設(shè)定點(diǎn)值(如上所述)與如由傳感器C1和C2測(cè)量的值之間的誤差；以及至少一個(gè)調(diào)節(jié)器，用來(lái)產(chǎn)生施加到電動(dòng)機(jī)M1和M2上的控制信號(hào)COM1和COM2。
相位差電動(dòng)機(jī)M2通過(guò)PID調(diào)節(jié)器29用簡(jiǎn)單方式調(diào)節(jié)。
為了調(diào)節(jié)用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的電動(dòng)機(jī)M1，使螺旋槳的速度向上變到接近于該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)頻率的頻率，以便于使伺服控制所產(chǎn)生的力與設(shè)定點(diǎn)之間的相位差成為可能；在如例如啟動(dòng)振動(dòng)器時(shí)所發(fā)生的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與信號(hào)COEF的頻率相差極遠(yuǎn)，則控制相位差就沒(méi)有意義了(相位差的概念在這種情形中毫無(wú)意義)。
因而，在啟動(dòng)時(shí)，伺服控制在不注意相位差的情況下作用于旋轉(zhuǎn)頻率，其中所產(chǎn)生的力的振幅在此期間可能保持為零通過(guò)斷開開關(guān)38φco保持為180°，且通過(guò)斷開開關(guān)39Ψm保持為零；一旦設(shè)定點(diǎn)頻率和旋轉(zhuǎn)頻率變得接近(啟動(dòng)結(jié)束)，則通過(guò)閉合開關(guān)38和39來(lái)對(duì)相位進(jìn)行調(diào)節(jié)。
信號(hào)COM1和COM2被傳送給用來(lái)按需向電動(dòng)機(jī)提供功率的兩個(gè)功率放大器(未示出)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)COEF的振動(dòng)力。
在另一變體實(shí)施例中，可設(shè)置限制器電路(未示出)以限制調(diào)節(jié)器29的輸入端處信號(hào)的振幅，以便于將由振動(dòng)器產(chǎn)生的力限制到某個(gè)最大值，如圖4中的曲線50所示；因此，限制器電路可在其輸入端接收所測(cè)得的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；這種限制器電路用來(lái)在高速時(shí)避免力的相應(yīng)增大，如曲線51所示。
在又一變體中，類似的限制器電路可在超過(guò)增大授權(quán)速度53時(shí)，使所產(chǎn)生的力減小為零，如曲線52所示。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，用來(lái)基于表示隨時(shí)間變化的振幅和頻率的力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)(COEF)對(duì)振動(dòng)器進(jìn)行伺服控制，所述振動(dòng)器包括第一對(duì)(A)非平衡螺旋槳(10、11)和第二對(duì)(B)非平衡螺旋槳(12、13)，所述四個(gè)非平衡螺旋槳由第一電動(dòng)機(jī)(M1)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述系統(tǒng)包括第二電動(dòng)機(jī)(M2)，它被安排成驅(qū)動(dòng)移相器機(jī)構(gòu)，由此機(jī)械地調(diào)節(jié)所述振動(dòng)器的第一對(duì)螺旋槳和第二對(duì)螺旋槳之間的相位差，所述系統(tǒng)還包括第一傳感器(C1)，它對(duì)所述第一對(duì)非平衡螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置敏感；第二傳感器(C2)，它對(duì)所述第二對(duì)非平衡螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的角位置、或者對(duì)所述移相器機(jī)構(gòu)的位置敏感；第一控制單元(MC1)，它對(duì)所述力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)、以及對(duì)由所述第一傳感器和所述第二傳感器傳送的信號(hào)敏感，所述第一控制單元被安排成根據(jù)所述力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位和頻率、并還根據(jù)所述第一和第二傳感器所傳送的信號(hào)，來(lái)控制所述第一電動(dòng)機(jī)；以及第二控制單元(MC2)，它對(duì)所述力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)、以及對(duì)由所述第一傳感器和所述第二傳感器傳送的信號(hào)敏感，所述第二控制單元被安排成根據(jù)所述力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位、頻率和振幅、并還根據(jù)由所述第一和第二傳感器所傳送的信號(hào)，來(lái)控制所述第二電動(dòng)機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于根據(jù)所述力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率Fco和振幅Uco來(lái)計(jì)算所述兩對(duì)螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco的裝置(24到28)，以及第一比較器裝置(40)，用于將所計(jì)算的相位差設(shè)定點(diǎn)φco和所測(cè)得的兩對(duì)螺旋槳之間的相位差φm作比較，并用于傳送對(duì)所述第二電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)；
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩對(duì)螺旋槳之間的相位差設(shè)定點(diǎn)φco應(yīng)用以下公式來(lái)確定φco＝arccos(Uco/Umax*Amax/(16*m*r*π2*Fco2))其中m和r分別是所述非平衡螺旋槳的質(zhì)量和離心率，Amax是所述振動(dòng)器可施加的最大的力，而Umax是與所述最大力相對(duì)應(yīng)的力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的振幅。4.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于只要螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與所述設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率之差大于預(yù)定值就限制所述兩對(duì)螺旋槳之間的相位差的裝置(36到38)-特別是用于在所述兩對(duì)螺旋槳之間保持相位差基本上等于180°的裝置。
5.如權(quán)利要求2到4的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于接收由所述第一比較器裝置傳送的信號(hào)、并輸出對(duì)所述第二電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)(COM2)的第一調(diào)節(jié)器(29)。
6.如權(quán)利要求1到5的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制單元(MC1)包括用于測(cè)量相位差以便于確定由所述振動(dòng)器所產(chǎn)生的力與所述力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)之間的測(cè)量相位差ψm、并根據(jù)所述相位差控制所述第一電動(dòng)機(jī)的裝置(30、31)。
7.如權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括第一頻率測(cè)量裝置(23)，用于測(cè)量所述力設(shè)定信號(hào)的頻率Fco；第二頻率測(cè)量裝置(22)，用于根據(jù)所述第一傳感器所傳送的信號(hào)來(lái)測(cè)量所述兩對(duì)螺旋槳之一的旋轉(zhuǎn)頻率Fm；以及第二比較器裝置(32)，用于對(duì)所述頻率Fco和Fm作比較、并輸出用于控制所述第一電動(dòng)機(jī)的比較信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6和7的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元(MC2)包括用于接收由所述第二比較器裝置(32)傳送的信號(hào)的第二調(diào)節(jié)器(33)；用于接收由所述相位差測(cè)量裝置(30、31)傳送的信號(hào)的第三調(diào)節(jié)器(34)；以及加法電路(35)，用于接收由所述第二和第三調(diào)節(jié)器傳送的信號(hào)、并輸出對(duì)所述第一電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)(COM1)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括只要所述螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率與所述設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率之間的差大于預(yù)定值，就在所述第三調(diào)節(jié)器的輸出端上保持基本為零的信號(hào)的裝置(36、37、39)。
10.如權(quán)利要求1到9的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器(C1)在所述螺旋槳每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)傳送一個(gè)脈沖。
11.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)器(29)是PID調(diào)節(jié)器。
12.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二和第三調(diào)節(jié)器(33、34)是PID調(diào)節(jié)器。
13.如權(quán)利要求1到12的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，呈現(xiàn)至少100赫茲(Hz)，例如等于約200Hz的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍。
全文摘要
本發(fā)明應(yīng)用于一種振動(dòng)器，該振動(dòng)器包括通過(guò)第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而同步旋轉(zhuǎn)的兩對(duì)(A、B)非平衡螺旋槳(10到13)，以及被安排成驅(qū)動(dòng)移相器機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)第一對(duì)螺旋槳和第二對(duì)螺旋槳之間的相位差的第二電動(dòng)機(jī)；該系統(tǒng)包括傳感器(C1)，用于感應(yīng)第一對(duì)螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)；傳感器(C2)，用于感應(yīng)第二對(duì)螺旋槳中的一個(gè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，或用于感應(yīng)移相器機(jī)構(gòu)的位置；用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位和頻率、并根據(jù)傳感器所傳送的信號(hào)來(lái)控制第一電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的裝置；用于根據(jù)力設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的相位、頻率和振幅、并根據(jù)傳感器所傳送的信號(hào)來(lái)控制第二電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的裝置。
文檔編號(hào)B64C27/51GK1974322SQ20061016288
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
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