船舶舵机电静液作动器的分数阶线性自抗扰控制

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)估计EHA在不同工况下所受的内外总扰动,并证明LESO的有界稳定性;进一步采用分数阶PD控制作为控制律对所估计的总扰动予以主动抑制,控制参数由剪切频率和相位裕度等频率响应指标决定。利用AMESim和Simulink联合建立EHA仿真模型,通过分析可知,所提出控制方法在船舶航速分别为6 kn和8 kn时位移控制精度均约为1 mm。利用自研EHA搭建船舶舵机半实物试验装置,进行来回摆舵和突然换向试验,结果表明在负载扰动下和有突变换向情况时,所提出控制方法对操舵指令的跟踪均具有较好的快速性和稳定性。

基于神经网络PI的电静液作动器温度补偿控制方法研究

电静液作动器(Electro-hydrostatic Actuator,EHA)作为一种高性能集成化的动力执行器,广泛应用于航天航空、工业生产和军事领域。在不同油液温度下,液压油的体积弹性模量、黏度等性质会发生变化,从而对EHA的控制精度产生影响。针对此问题,首先建立了EHA数学模型;其次,设计了反向传播(BP)神经网络对比例积分控制器(PI)控制参数进行在线调节,补偿温度变化对跟踪精度的影响;最后,通过实验验证了传统PI控制的EHA跟踪精度与温度变化有着密切关系,并将BPPI控制器与PI控制器进行实验对比。实验结果表明,所设计的BPPI控制器在不同油液温度下平均跟踪误差之间的差值较PI控制器降低80%以上;且在相同温度下,平均跟踪误差较PI控制器降低60%以上。

自抗扰控制在电静液作动器位置伺服系统中的应用

未来飞机将采用功率电传代替传统的液压传动,电动静液作动器(EHA)受到越来越多的关注。针对航空机载电动静液作动器的抗扰动问题,基于自抗扰算法设计一种位置伺服控制系统。以EHA为对象,对作动器位置外环进行建模分析,得到EHA位置伺服系统二阶状态空间模型;基于模型设计位置伺服自抗扰控制器的结构,并对所用的非线性函数进行了优化;在施加正弦扰动与突变扰动的情况下与传统PID进行仿真对比,验证了算法的有效性。仿真结果表明:该算法在满足系统动态性能的前提下,提高了系统的抗干扰能力。

基于自适应渐近预设性能的电静液作动器跟踪控制

针对电静液作动器存在的固有非线性、建模不确定性和跟踪性能约束的问题,该文提出了一种基于自适应渐近预设性能跟踪控制策略。该方法建立了电静液作动器的非线性数学模型,通过增益自调节的误差符号积分鲁棒方法处理模型不确定性和扰动,并引入预设性能函数保证系统的跟踪误差满足约束条件,提高了系统的瞬态跟踪精度。最后,Lyapunov函数证明了即使存在匹配和不匹配扰动,闭环系统仍可获得渐近稳定性能。联合仿真试验对比结果表明,该控制策略能够有效解决电静液作动器高精度跟踪问题,满足瞬态和稳态性能的控制要求。

机载电静液作动器的建模与仿真

电静液作动器兼有传统液压系统和直接驱动的机电作动系统的优点,已在一些工业液压系统中得到应用。在阐述了电静液作动器总体结构和工作原理的基础上,对其电机和液压部分分别建立非线性模型,并设计了三级闭环PID控制器及运用MATLAB/Simulink软件进行仿真分析。仿真结果表明,电静液作动器具有良好的动态性能,在功率电传的飞控系统中将有广泛的应用前景。

电静液作动器的建模仿真与试验研究

电静液作动集成技术是航空界未来航空器发展的五大关键技术之一。简述了电静液作动器EHA国内外发展动态,对定排量变转速型电静液作动器进行了原理分析、建模和仿真、试验验证。结果表明:所设计的电静液作动器满足技术要求,达到了预期目标,能实现高性能控制,但其某些方面还有待进一步的优化。仿真分析和试验结果为EHA的系统设计和工程优化提供参考。

机载电静液作动系统的发展现状与关键技术研究

总结了新型机载作动系统的发展背景与研究意义,介绍了用于功率电传的电静液作动器和机电作动器的发展现状,综述了机载电静液作动系统设计、开发和取得的技术成果,论述了机载电静液作动系统发展中有待于进一步研究的问题,提出了开展该项研究的建议和措施。

多学科多目标评价及其在电静液作动系统中的应用

为进行新型机载电静液作动系统方案的评价,提出了一种机电一体化产品方案设计的综合评价方法。该方法综合运用多学科优化设计和质量功能部署技术,引入了系统设计结构矩阵和部件参数关系矩阵的概念,设计了基于多学科、多目标的综合评价函数,并结合两种实际的机载电静液作动系统方案及其主要参数,得出了与实际情况吻合的综合评价结果。该方法在产品设计和方案评价中具有良好的应用价值。

电静液作动器的设计与仿真

针对飞机作动系统的发展状况,设计了一种一体化电静液作动器(EHA)。在分析EHA的工作原理和设计特点的基础上,对电机、泵和作动缸的选用及系统性能的设计进行了优化。分析了EHA各个模块的数学模型,并在Matlab/Simuink环境下对各个部件的模型进行了仿真和结果分析,讨论了结构参数对整个系统性能的影响,设计了合理有效的控制算法,建立了整个系统的数学模型,给出了系统在不同输入信号下的仿真结果。结果表明,设计的EHA系统模型合理,满足性能指标。

基于电静液作动原理的主动式踝关节假肢设计

踝关节假肢作为人体医学假肢的重要组成部分,按其作用原理分为被动式假肢、半主动式假肢和带有主动驱动的主动式假肢。主动式踝关节假肢具备主动驱动能力,同时通常包含能够产生弹性以及形成能量反馈的机构,可以显著地改善截肢患者的行走舒适性。根据人体生物力学分析,提出了主动式踝关节假肢的总体方案,设计了基于电静液作动原理的主动式踝假肢驱动系统,设计了假肢整体机械结构,并完成了假肢整体的力学性能与运动学仿真。相对于传动的机电系统或液压系统驱动的主动式踝关节假肢而言,采用电静液作动器驱动的主动式踝关节假肢具有功率密度高、噪声低和状态切换快速平滑等优势。

一种电静液作动器可靠性的GO分析设计方法

针对提高复杂机电液一体化产品-飞机电静液EHA可靠性的问题,研究了基于GO法的EHA可靠性计算方法,提出了一种电静液作动器EHA可靠性的GO分析设计方法,完成了具有多组件余度参数的EHA作动器GO图和GO运算,推导了其可靠度计算公式,得出了高可靠性EHA设计的相关理论,给出了GO法应用于EHA余度设计的新思路。设计算例表明,这种基于GO法的EHA可靠性分析设计方法计算精确,能很快得出较优余度设计参数,是一种可行的系统性分析设计方法。

双控制回路电静液作动器建模及控制器设计

针对典型电静液作动器存在响应速度较慢的问题,将伺服阀引入其中,采用压力和位置双控制回路体系,阐述了其工作原理和建立了数学模型。同时作动器作为参数不确定性和外负载力变化的系统,在压力控制回路中,考虑其不确定性范围和性能指标要求基础上,基于定量反馈理论(QFT)设计了压力控制器。在位置控制回路中,运用动态压力校正伺服阀流量,消除外负载力的影响;并把位置误差引入压力控制回路,以提高其响应速度。仿真结果表明,其综合性能较好且便于工程实现。

泵阀联合电静液作动器建模与仿真

针对当前泵阀联合电静液作动器机构和控制算法复杂的问题,采用基于永磁同步电动机、定量泵、蓄能器和伺服阀的压力和舵角双闭环控制回路体系,同时把舵角偏差作为前馈信号引入压力控制回路,以提高压力控制回路响应速度。阐述了泵阀联合电静液作动器工作原理,对其各个模块进行了建模和仿真分析。仿真结果表明,其较现有控制方案简单,综合性能指标良好,在未来的机载液压系统中具有很好的应用前景。

采用自适应变量泵的高效电静液作动器

为解决定量泵设计的电静液作动器(EHA)在大负载时热耗带来的温升问题,提出一种以自适应变量泵为基础的高效电机泵组件,利用杠杆原理,把EHA大负载时电机大扭矩输出,转换成电机小扭矩输出,从而降低电机电流造成的损耗,减小发热。通过建立物理模型,运用理论推导,分析了自适应变量泵、直流无刷电机和高效电机泵组件的特性,得出了EHA输出功率归一化曲线和电机损耗功率归一化曲线,找到了EHA在大负载下提高工作效率,解决发热的方法。

旋转式电静液作动器设计与仿真

以某型无人机武器舱门为负载对象,为满足无人机对质量、体积的限制要求,实现舱门的快速、大角度开闭运动,设计了闭式回路和开式回路两种旋转式电静液作动器方案。通过对两种方案的工作原理分析及元件参数计算,开式回路方案的旋转式电静液作动器在电机功率、泵的排量及系统发热功率上有较大优势。利用AMESim仿真平台,对所设计的旋转式电静液作动器进行了运动仿真。仿真模型较好地反应了实际系统的性能。仿真结果表明:开式回路方案系统响应速度快、调节时间短,满足设计要求。

单周控制方法在电静液作动器无刷直流电机系统中的应用

电静液作动器(EHA)要求无刷直流电机能够频繁起动和制动,并具有较快的动态响应。针对常规PID控制在非线性系统中应用的不足,将单周控制方法用于EHA无刷直流电机系统中,采用单周控制器控制电机的力矩输出,以提高系统的抗干扰能力和动态性能,采用常规的PI控制器完成系统的位置和转速控制,系统结构简单且容易实现。仿真结果表明,电流环引入单周控制方法后,系统的快速性更好,稳态运行下电机转速、转矩波动更小。以1台转角功率为28 k W的EHA和FPGA+DSP结构的数字控制器为平台进行试验,试验结果验证了基于单周控制的EHA系统具有优良的稳态和动态性能。

电静液作动器自调节积分鲁棒运动控制

针对电静液作动器系统中存在的匹配干扰及不匹配干扰,基于扩张状态观测器,设计了一种自调节积分鲁棒控制方法。首先设计了扩张状态观测器估计系统的匹配不确定性并且进行前馈补偿;然后设计了自调节积分鲁棒控制器分别处理系统的不匹配干扰和状态估计误差,实现了电静液作动器的渐近跟踪控制;最后通过仿真验证了该控制方案的有效性。结果表明:相较于传统的PID控制器,该控制器的跟踪误差约为0.2mm,控制精度达到0.4%左右。

电静液作动器不确定性建模分析与可靠度计算

不确定性是影响飞机电静液作动器(EHA)可靠性的主要因素。针对消除不确定性影响和提高EHA可靠性的问题,研究了基于概率论的EHA不确定性建模与可靠度计算方法。对EHA不确定性进行了定性分析;在建立EHA线性数学模型基础上,给出了一种不确定性建模方法,并据此分别考虑独立不确定因素和多不确定因素的影响,提出了EHA对这些参数的不确定性建模和可靠度计算方法;以EHA作动筒截面积对输出位移影响为例进行演算,采用Matlab进行仿真对比验证,证明了EHA不确定性模型和可靠度计算方法的正确性。

电静液作动器多目标优化设计

电静液作动器(EHA)设计需要考虑质量、刚度、效率等指标的综合最优,而且这些目标之间通常相互矛盾,是一个多目标优化设计难题。提出一种针对EHA的多目标优化设计方法,给出了EHA质量、刚度、效率的评价模型,通过多目标粒子群优化算法对连杆长度、舵面初始角度、泵的排量等关键设计变量进行智能优化,获得帕累托优化设计集合,并进一步采用层次分析法对帕累托集合中的方案进行综合决策,按照给定的多目标间的权重,实现了方案的排序和EAH的优化设计。

直线驱动电静液作动器的匹配设计规则

电静液作动器(EHA)是一种高度集成的泵控传动系统,A380和F35等机型已经利用EHA驱动主飞控舵面。但传统的以旋转电机和柱塞泵构成的EHA面临低频响的问题,以一种具有良好动态特性的新原理直线驱动电静液作动器(LEHA)为对象,研究其参数匹配设计问题。LEHA的关键特征在于新型的直线协同配流泵,以及采用直线电机直接驱动泵的吸排油和配流组件。首先,从静态指标匹配性上考虑LEHA的参数设计规则,得到最大空载速度约束条件、最大静态输出力约束条件、系统最高压力约束条件;然后,根据系统模型分析系统各参数对频宽的影响,得到LEHA的动态性能匹配设计规则,具体是指LEHA频宽指标对直线电机振荡频率的约束条件;最后,分析LEHA的功率约束条件,给出了LEHA对惯性负载、弹性负载和黏性阻尼负载在输出力-速度坐标下的功率包络条件,得到LEHA的负载匹配设计约束。LEHA参数设计的6项匹配设计约束条件能够为LEHA的设计过程提供理论依据。