基于能量特征的多電飛機(jī)機(jī)電作動(dòng)器建模方法及其模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了基于能量特征的機(jī)電作動(dòng)器建模方法，屬于多電飛機(jī)電氣負(fù)載仿真 建模的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 多電飛機(jī)的特點(diǎn)之一是將以往由液壓能驅(qū)動(dòng)的液壓作動(dòng)器改為由電能驅(qū)動(dòng)的機(jī) 電作動(dòng)器。機(jī)電作動(dòng)器是通過(guò)電力電子變換器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再由機(jī)械裝置將 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)飛機(jī)舵面。由于用電能取代了液壓能，多電飛機(jī)將會(huì)效率更 高、可靠性更高，因此成為飛機(jī)的發(fā)展方向。
[0003] 由于飛機(jī)電網(wǎng)中的機(jī)電作動(dòng)器越來(lái)越多，其功率尤其是起動(dòng)時(shí)的沖擊功率大，對(duì) 飛機(jī)電網(wǎng)造成的影響不可低估。為分析其對(duì)電網(wǎng)的影響，需要開(kāi)展仿真研宄工作，必須建立 能反映機(jī)電作動(dòng)器起動(dòng)功率沖擊的仿真模型，研宄其對(duì)電網(wǎng)的影響，保證飛機(jī)電網(wǎng)安全運(yùn) 行，避免電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)，提高電氣系統(tǒng)的供電質(zhì)量。
[0004] 現(xiàn)有的機(jī)電作動(dòng)器的仿真模型主要側(cè)重于兩個(gè)方面，一個(gè)方面是通過(guò)研宄機(jī)電作 動(dòng)器內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近建立各個(gè)部件的小信號(hào)模型；另一個(gè)方面是以位 移作為給定量，通過(guò)小信號(hào)模型分析其穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，電壓輸入只是作為擾動(dòng)量。
[0005] 以上建模方法存在兩個(gè)問(wèn)題：1)建模需要分析機(jī)電作動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)，建立的模 型復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)；2)模型不能反映功率的輸入量，因此與電網(wǎng)之間沒(méi)有規(guī)范化的功率 接口，不能分析機(jī)電作動(dòng)器對(duì)電網(wǎng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服上述現(xiàn)有建模方法存在的不足，本發(fā)明提出了一種基于能量特征的機(jī)電作 動(dòng)器的建模方法，解決多電飛機(jī)機(jī)電作動(dòng)器傳統(tǒng)的基于傳遞函數(shù)的建模方式工作量大和不 能體現(xiàn)電能的功率流問(wèn)題，其不僅工作量小、建模速度快，而且模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度快， 該方法建立的模型具有與電網(wǎng)之間的規(guī)范化的功率接口，能滿足多電飛機(jī)電氣系統(tǒng)仿真的 需要。其中能量特征是指部件能夠?qū)崿F(xiàn)的具體功能在其輸入輸出端表現(xiàn)出來(lái)的典型特征。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種基于能量特征的機(jī)電作動(dòng)器的建模方法，其特征是，包括如下步驟：
[0009] 1)以能量特征為主線，將機(jī)電作動(dòng)器拆分成電能變換器、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)-直線變 換器三個(gè)功率可觀測(cè)的功率模塊，以及一個(gè)閉環(huán)反饋模塊；
[0010] 2)分別分析三個(gè)功率模塊的輸入和輸出的能量關(guān)系，建立各功率模炔基于能量特 征的模型；
[0011] 3)將控制回路作為一個(gè)獨(dú)立的反饋模塊，以PI反饋構(gòu)成所述閉環(huán)反饋模塊；
[0012] 4)將電能變換器、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)-直線變換器三個(gè)功率模塊的模型依次串聯(lián)，在 旋轉(zhuǎn)-直線變換器和電能變換器之間加上所述閉環(huán)反饋模塊，構(gòu)成具有標(biāo)準(zhǔn)接口的機(jī)電作 動(dòng)器模型，機(jī)電作動(dòng)器模型的輸入為直流電壓、直流電流，輸出為力和直線速度，其他的外 部參數(shù)作為模型的外部輸入?yún)?shù)，或設(shè)置成默認(rèn)參數(shù)。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種基于能量特征的機(jī)電作動(dòng)器的模型，其特征在于包括順次串 聯(lián)的電能變換器、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)-直線變換器三個(gè)功率可觀測(cè)的功率模塊，以及一個(gè)閉環(huán) 反饋模塊，閉環(huán)反饋模塊連接在旋轉(zhuǎn)-直線變換器和電能變換器之間，機(jī)電作動(dòng)器模型的 輸入為直流電壓、直流電流，輸出為直線力和直線速度；其中電能變換器的輸入為直流電 壓、直流電流，輸出為交流電壓、交流電流，電動(dòng)機(jī)的輸入為電能變換器輸出的交流電壓、交 流電流，輸出為轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)-直線變換器的輸入為電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，輸出為力 和直線速度，閉環(huán)反饋模塊的輸入為旋轉(zhuǎn)-直線變換器輸出的直線速度，輸出為電能變換 器的電壓控制信號(hào)；機(jī)電作動(dòng)器模型的其他外部輸入或默認(rèn)設(shè)置的參數(shù)包括：電能變換器 的效率、電動(dòng)機(jī)的效率、旋轉(zhuǎn)-直線變換的效率、電能變換器的輸入等效電阻、等效電容、電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量、位移給定、負(fù)載力，電壓/轉(zhuǎn)速比、轉(zhuǎn)速/線速度比、電壓放 大系數(shù)、積分系數(shù)、電壓限幅參數(shù)；機(jī)電作動(dòng)器模型中各受控關(guān)系以受控電壓源或受控電流 源的形式反映。
[0014] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：
[0015] 本發(fā)明基于部件能夠?qū)崿F(xiàn)的具體功能在其輸入輸出端表現(xiàn)出來(lái)的能量特征進(jìn)行 建模，不需要分析機(jī)電作動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)，不僅工作量小、建模速度快，而且模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 通用、運(yùn)行速度快，利用本發(fā)明方法建立的模型能夠反映功率的輸入輸出關(guān)系，具有與電網(wǎng) 之間的規(guī)范化的功率接口，適合于多電飛機(jī)電氣負(fù)載的仿真，能真實(shí)地反映出機(jī)電作動(dòng)器 對(duì)電網(wǎng)功率的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1整個(gè)機(jī)電作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分割圖；
[0017] 圖2電能變換器的輸入-輸出能量關(guān)系圖；
[0018] 圖3電動(dòng)機(jī)的輸入-輸出能量關(guān)系圖；
[0019] 圖4旋轉(zhuǎn)機(jī)械的輸入-輸出能量關(guān)系圖；
[0020] 圖5旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動(dòng)變換裝置的輸入-輸出能量關(guān)系圖；
[0021] 圖6整個(gè)機(jī)電作動(dòng)器模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0023] 如圖1，本發(fā)明方法將機(jī)電作動(dòng)器分割成電能變換器、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)-直線變換器 三個(gè)功率模塊和一個(gè)閉環(huán)反饋模塊，機(jī)電作動(dòng)器的輸入為直流電壓和直流電流；輸出為直 線速度和直線力。
[0024] 如圖2,電能變換器的輸入為直流電壓Uin和直流電流I in，輸出為三相交流電壓U1 和電流I1，電能變換器中的儲(chǔ)能元件吸收的功率為Pic，可以用電阻R1和電容C i串聯(lián)構(gòu)成的 電路模擬儲(chǔ)能元件，其在電壓上升過(guò)程中儲(chǔ)能，在電壓下降過(guò)程中釋放電能；電能變換器輸 入功率Sp 1，輸出功率為p2,隊(duì)為輸出相電壓有效值，I2為輸出電流有效值，在每個(gè)穩(wěn)態(tài)功 率點(diǎn)的效率曲線為h 1。電能變換器的輸出電壓與頻率成正比，而頻率與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、機(jī)電 作動(dòng)器的輸出直線速度成正比，因此電能變換器的輸出電壓與直線速度V