基于x-LMS算法的直升机主动消振电力作动器系统研究

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并进行了减振实验。首先,通过比较确定了单台作动器中两台电机同向旋转的方案。通过两台作动器的组合使用,推导出输出力的数学模型。其次,采用负载相位差交叉耦合的控制策略设计系统控制框图。针对存在耦合的相位外环,通过回差阵特征值法确定满足系统稳定裕度要求的参数范围,再根据灵敏度函数和输入跟踪性能在所得的参数稳定域内寻找最优解。然后,提出了基于x-LMS算法的直升机主动振动控制系统,并通过仿真验证了该系统的减振效果。最后,研制的实验样机进行了动稳态实验以及减振实验,验证了系统的实际减振效果。

电力作动器中永磁容错电机及其控制系统的发展

详细分析了电力作动器中永磁电机及其控制系统的不同容错方案,并进行了总结比较,指出了各个方案的优缺点。同时建立了六相十极永磁容错电机的有限元仿真模型,利用有限元矢量磁位法对该模型进行了静态和瞬态电磁场的仿真分析。通过有限元计算表明,发生断路或短路相的电枢绕组对其他相绕组几乎没有电磁影响,因此,六相十极永磁容错电机具有很强的磁隔离和故障隔离能力。

一种适用于航空电力作动器负载的三相PWM整流器最大功率控制

航空电力作动器是未来多电飞机电网的重要负载,具有功率大范围快速变化的用电特性,被称为动态负载。为获得好的用电性能,本论文研究了适用于电力作动器的PWM整流控制技术,提出了一种最大功率输出的控制方法。该控制方案解决了负载电流大范围变化时,整流器输出电压动态压降较大,甚至不稳定的问题。论文分析了航空电力作动器的负载特性及其对供电电源的影响,论述了基于最大功率输出控制的三相PWM整流器的设计思想和系统结构。通过仿真,将提出的最大功率控制方案与传统的双闭环PI控制器的控制效果进行了比较。并用一台10kW电力作动器样机作为负载进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种控制器可在一定程度上提高整流器的输出功率,对大范围变化的动态负载有更好的控制性能。

旋转偏心质量块式消振电力作动器建模与控制

直升机等非固定翼飞行器在飞行状态时由桨叶旋转所产生的周期性低频振动会通过刚性机体传递至驾驶舱、航空发动机以及起落架等部位,会造成机体的持续振动,严重时会影响驾驶员的生命安全。提出了旋转偏心质量块式消振电力作动器,并开展了控制方法研究。从理论上推导了旋转偏心质量块式消振电力作动器的输出力模型以及负载转矩模型;提出基于双电机并行独立控制的电力作动器输出力伺服控制策略,在复频域进行了稳定性分析,并针对正弦波非线性负载扰动带来的转矩脉动问题,对双电机并行独立控制策略展开了优化设计,通过负载前馈控制使系统具备良好的鲁棒性和抗干扰性;研制了重量为14 kg的实验样机并完成了优化控制策略前后电力作动器稳态、动态性能的对比验证实验。结果表明,优化控制策略下的作动器输出力动稳态性能满足各项技术指标要求。

SAPWM整流技术在航空电力作动器上的应用

本文提出了将一种新的SAPWM(Saddle Pulse Width Modulation)整流器应用到航空电力作动器来将115V/ 400Hz交流电变换为280V直流电。文中通过仿真将SAPWM整流器和SPWM整流器做了对比,证明了SAPWM整流器在高输出功率方面的优势。同样也证明了SAPWM整流技术可以更好地控制大范围变化的负载电流。本文将一个10kW的电力作动器控制过程的功率剖面作为例子研究了SAPWM整流器的设计和控制方法。通过仿真分析得出SAPWM整流器可以得到低的谐波分量和高的功率因数。最后得出SAPWM整流技术更适合航空电力作动器的应用。

飞机电力作动器半实物仿真技术研究

飞机电力作动器是未来飞机电源系统的重要负载,对电源系统的质量和稳定性问题有很大影响,通常要在电力系统全集成之前进行半实物仿真。本文首先介绍该种飞机电力作动器半实物仿真理论实现方法,然后具体通过电力作动器动态功率特性、恒功率特性、电源输入阻抗特性及电磁兼容性几个方面对该方法的可行性进行了一定程度的论证,最后介绍了该种飞机电力作动器半实物仿真具体的硬件实现方法。

双余度电力作动器浅析

本文针对航空工业飞机舵面控制系统中采用的液压服机构存在的缺点，采用双余度电力作动器代替传统的液压伺服机构，并对双余度电力作动器的工作原理、数学模型进行分析和推导，预示此项研究具有广阔的前景。

并行独立控制策略下消振电力作动器系统

传统消振电力作动器采用交叉耦合控制策略实现输出力伺服控制,但该控制策略存在耦合控制项,影响输出力响应的快速性、准确性,降低了作动器的减振效率;同时在直流(DC)母线侧产生不满足国军标要求的冲击电压,直接威胁了直升机的飞行安全。基于此,提出了并行独立控制策略下的消振电力作动器伺服控制系统,首先对系统的给定输出力进行解耦设计,以实现系统多电机并行独立运行。其次,利用主导极点法和最大灵敏度法分别从时域和频域角度设计系统的动稳态特性及鲁棒性。最后,搭建实验平台进行控制策略对比,标幺化实验数据表明,系统在变方向时响应精度提升3.6%,响应时间减少40%;在变相位时响应精度提升1.5%,响应时间减少31%;直流母线侧的电压冲击值减少了8 V,进而验证了并行独立控制策略的有效性及其优势。

消振电力作动器用位置环解耦控制策略

消振电力作动器采用四台电机各自独立驱动四个偏心质量块的形式实现减振,传统的并行控制策略会因为在系统输出端存在强耦合而导致控制效果不佳。针对以上问题,首先建立了作动器输出力的数学模型,提出了消振电力作动器用位置环解耦控制策略,并将广义频率法和主导极点法相结合应用于控制系统的参数设计上。然后,分析了系统的动态性能,并通过回差矩阵奇异值法等稳定裕度量测方法计算出了解耦控制系统的稳定裕度,结果表明本文所设计的系统具有良好的动态特性和鲁棒性。最后,研制出了原理样机,实验验证了控制策略的有效性和参数设计的合理性。

多机电作动器同步控制器设计与实现

机电作动系统是飞机电传操纵系统的执行机构,是飞行控制系统中的重要组成部分,是多电-全电飞机的发展方向。机电作动系统在驱动飞行器舵面时,需要多个(一般3个以上)机电作动器采用力综合方式工作,这样会产生不同步问题,鉴于此,提出一种改进型同步控制方案,并通过同步控制器实现同步控制策略。该控制策略综合主从和等同控制的各自优势,并通过优化比较器提高同步控制性能。控制器的实现则基于可编程逻辑单元,通过并行总线进行数据交互,将并行总线控制器与同步控制有效结合。实际应用表明:目前控制器工作良好,提高了现有同步控制器的实时性和可靠性。

Research and Design of Coordinated Control Strategy for Smart Electromechanical Actuator System

In order to improve the frequency response and anti-interference characteristics of the smart electromechanical actuator(EMA)system,and aiming at the force fighting problem when multiple actuators work synchronously,a multi input multi output(MIMO)position difference cross coupling control coordinated strategy based on double‑closed-loop load feedforward control is proposed and designed.In this strategy,the singular value method of return difference matrix is used to design the parameter range that meets the requirements of system stability margin,and the sensitivity function and the H_(∞)norm theory are used to design and determine the optimal solution in the obtained parameter stability region,so that the multi actuator system has excellent synchronization,stability and anti-interference.At the same time,the mathematical model of the integrated smart EMA system is established.According to the requirements of point-to-point control,the controller of double-loop control and load feedforward compensation is determined and designed to improve the frequency response and anti-interference ability of single actuator.Finally,the 270 V high-voltage smart EMA system experimental platform is built,and the frequency response,load feedforward compensation and coordinated control experiments are carried out to verify the correctness of the position difference cross coupling control strategy and the rationality of the parameter design,so that the system can reach the servo control indexes of bandwidth 6 Hz,the maximum output force 20000 N and the synchronization error≤0.1 mm,which effectively solves the problem of force fighting.