一種電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代飛機上的作動系統(tǒng)有四種，即液壓、電力、氣壓和機械。其中機載液壓系統(tǒng) 應(yīng)用最廣，也是飛控系統(tǒng)最主要的傳動控制方式。為了滿足未來飛機高機動性、超高速 及大功率的發(fā)展方向，功率電傳技術(shù)作為解決這一問題的核心技術(shù)得到了國內(nèi)外科研機 構(gòu)的極大重視。功率電傳（Power-By-Wire，PBW)飛行控制系統(tǒng)是極具吸引力的下一代 飛行器發(fā)展方向。在功率電傳系統(tǒng)中，取消了中央油源，作動能量通過電纜傳遞，而 不是液壓管路。因此，飛行器的能量效率和可靠性將獲得顯著提高。電動靜液作動器 (Electro-HydrostaticActuator，EHA)是功率電傳作動器的一種，它把電能輸入轉(zhuǎn)化為局 部液壓能來驅(qū)動飛行器控制面。電機和液壓栗的控制方式通常有3種形式：定排量變轉(zhuǎn)速 控制，變排量定轉(zhuǎn)速控制和變排量變轉(zhuǎn)速控制。目前，定排量變轉(zhuǎn)速方式（Fixed-Pump-Di splacementVariable-Motor_Speed，F(xiàn)PVM)由于結(jié)構(gòu)簡單、效率高等優(yōu)勢，獲得了更多的應(yīng) 用。根據(jù)EPAD (ElectronicProgrammingandDesign, EPAD)的工程師估計，當飛機的所有飛 行控制舵面均采用電靜液作動器后，客機將節(jié)油5 %到9 %，同時減少30 %到50 %的地面設(shè) 備。因此進行EHA的研究對我國航空業(yè)的發(fā)展具有重大的實用價值，也是下一代多電飛機 發(fā)展的核心技術(shù)之一。由于功率電傳設(shè)備涉及到電氣、機械、流體、自動化等知識領(lǐng)域，系統(tǒng) 復(fù)雜，同時由于負載變化多樣，對EHA的性能要求差異很大。在項目實施前，很希望有一套 可以輔助工程師進行電靜液作動器開發(fā)設(shè)計的電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)，在進行產(chǎn)品設(shè) 計之前，可以自由選取諸如電機類型、液壓栗類型、負載類型以及電機參數(shù)、液壓栗參數(shù)、負 載參數(shù)等的設(shè)定，以驗證設(shè)計方案理論上是否可行，控制策略是否有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種設(shè)計合理，可以 輔助工程師進行電靜液作動器開發(fā)設(shè)計的電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：包括以下建立過程：
[0006] 1)建立物理模型，物理模型包括伺服電動機、控制器、對稱液壓缸、液壓栗，其中， 控制器連接伺服電動機，伺服電動機驅(qū)動液壓栗，液壓栗驅(qū)動對稱液壓缸，根據(jù)飛機供電 電源進行工作電壓的選定及其最高轉(zhuǎn)速、驅(qū)動液壓栗為系統(tǒng)提供壓力和流量；
[0007] 2)根據(jù)建立的物理模型分別構(gòu)建子模塊模型如下：建立伺服電動機的數(shù)學模型、 建立液壓栗的數(shù)學模型、建立補油的數(shù)學模型、建立摩擦的數(shù)學模型、建立作動筒的數(shù)學模 型；
[0008] 3)根據(jù)上述建立的各個子模塊模型建立完整的EHA系統(tǒng)開環(huán)模型；
[0009] 4)通過對EHA系統(tǒng)開環(huán)模型進行單環(huán)PID控制分析、多環(huán)PID控制分析、全狀態(tài)反 饋與控制分析以及動態(tài)壓力策略的全狀態(tài)反饋控制分析從而調(diào)整參數(shù)；
[0010] 5) MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)的模型。
[0011] 作為優(yōu)選，根據(jù)不同的技術(shù)的性能指標，結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配改進系統(tǒng)的模型。
[0012] 作為優(yōu)選，對系統(tǒng)的模型進行的界面美化。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：通過本發(fā)明電靜液作動器輔助開 發(fā)系統(tǒng)可以自由選取諸如伺服電動機類型、液壓栗類型、負載類型以及電機參數(shù)、液壓栗參 數(shù)、負載參數(shù)等的設(shè)定，以驗證設(shè)計方案理論上是否可行，控制策略是否有效。
【具體實施方式】
[0014] 下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而 本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0015] 本實施例一種電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)，包括以下建立過程：
[0016] 1)建立物理模型，物理模型包括伺服電動機、控制器、對稱液壓缸、液壓栗，其中， 控制器連接伺服電動機，伺服電動機驅(qū)動液壓栗，液壓栗驅(qū)動對稱液壓缸，根據(jù)飛機供電電 源進行工作電壓的選定及其最高轉(zhuǎn)速、驅(qū)動液壓栗為系統(tǒng)提供壓力和流量；
[0017] 2)根據(jù)建立的物理模型分別構(gòu)建子模塊模型如下：建立伺服電動機的數(shù)學模型、 建立液壓栗的數(shù)學模型、建立補油的數(shù)學模型、建立摩擦的數(shù)學模型、建立作動筒的數(shù)學模 型；
[0018] 3)根據(jù)上述建立的各個子模塊模型建立完整的EHA系統(tǒng)開環(huán)模型；
[0019] 4)通過對EHA系統(tǒng)開環(huán)模型進行單環(huán)PID控制分析、多環(huán)PID控制分析、全狀態(tài)反 饋與控制分析以及動態(tài)壓力策略的全狀態(tài)反饋控制分析從而調(diào)整參數(shù)；
[0020] 5) MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)的模型。
[0021] 作為優(yōu)選，根據(jù)不同的技術(shù)的性能指標，結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配改進系統(tǒng)的模型。
[0022] 作為優(yōu)選，對系統(tǒng)的模型進行的界面美化。
[0023] 本實施例中，伺服電動機的數(shù)學模型建立過程如下：
[0024] 電機的電樞電流和輸入電壓的關(guān)系可以通過一個一階傳遞函數(shù)來描述
[0025] Ic = G(Vc-CEo) (1)
[0026] G = (l/Rc)/(Tls+l) (2)
[0027] 其中：Re為電機繞組電阻；Tl為電機的電氣時間常數(shù)。電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩表達式為 T = CIc (3)
[0028] 其中：Ic為電機電樞電流；C為電動機電磁力矩常數(shù)；T為電機輸出轉(zhuǎn)矩?？紤]到 電機和栗直接相連，施加在栗上的轉(zhuǎn)矩表達式如下
[0029] T = (Jm+Jp) ω + (Kv+Kf) ω +TDB+DP (Pa-Pb) (4)
[0030] 其中：Jp和Jm分別為栗和電機轉(zhuǎn)動慣量；ω為栗和電機的角速度；Kf和Kv分別 為電機摩擦和粘度系數(shù)；TDB為摩擦引起的轉(zhuǎn)矩損失；Pa和Pb為栗的出入口壓力；D為栗的 排量；Dp = D/2 π ;
[0031] 把式⑴~式（3)代入式⑷可以得出栗的角速度表達式
[0032] ω = (C. . . GVc-Dp (Pa-Pb) -TDB) / ((Jp+Jm) s+ (Kv+Kf+CEC. . . G)) (5)
[0033] 其中：Vc為電機電樞電壓；CE為電機反電勢常數(shù)，得出電機和栗的參考模型。
[0034] 本實施例液壓栗的數(shù)學模型建立建立過程如下：
[0035] 不考慮液壓油的容積變化，栗的輸入輸出流量Qa、Qb如下
[0036] Qa= D p ω - ξ (Pa-Pb) -L (Pa-Pcase) (6)
[0037] Qb= D ρ ω - ξ (Pa-Pb) -L (Pa-Pcase) (7)
[0038] 其中：ξ為栗的內(nèi)部泄漏系數(shù)；L為栗的外部泄漏系數(shù)；Pease為栗的卸油口壓 力。
[0039] 忽略液壓缸的內(nèi)部泄漏，對稱液壓缸輸入和輸出流量分別為
[0042] 其中：A為液壓缸受力面的面積；X為液壓缸活塞桿位移；VO為管路和液壓缸平均 容積；β e為液
[0043] 壓油等效容積彈性模數(shù)；Lext為液壓缸的外部泄由于EHA的對稱性，栗和液壓缸 之間的壓
[0044] 降Ppipe的值在0到大約35KPa之間，具體大小取決于流量的大小。栗的出口壓 力和液壓缸工作腔壓力之間的關(guān)系為漏系數(shù)；PU P2為液壓缸活塞腔壓力。
[0045] Pa= P !+Ppipe
[0046] (10)
[0047] Pb= P2-Ppipe
[0048] 為了得到簡化的栗、液壓缸模型，假設(shè)栗的外部泄漏系數(shù)L同液壓缸的外部泄漏 系數(shù)Lext相等。在正常的運行狀態(tài)中，蓄能器和殼體泄漏的流量假設(shè)為0,所以Qa = Ql，Qb = Q2,由于EHA的對稱性，假設(shè)栗的輸入、輸出流量等于液壓缸的輸出、輸入流量， 負載流量QL就為
[0052] 在上述表達式中，由于
、并且由于作動器的對稱性，由于
這樣就可以得出一個簡化的液壓栗、作動器模型 CN 105179379 A 說明書 4/4 頁
[0054] 其中：ξ +L/2是系統(tǒng)總的泄漏系數(shù)。
[0055] 本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式 替代，只要不偏離本發(fā)明說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本 發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：包括以下建立過程： 1) 建立物理模型，物理模型包括伺服電動機、控制器、對稱液壓缸、液壓栗，其中，控制 器連接伺服電動機，伺服電動機驅(qū)動液壓栗，液壓栗驅(qū)動對稱液壓缸，根據(jù)飛機供電電源進 行工作電壓的選定及其最高轉(zhuǎn)速、驅(qū)動液壓栗為系統(tǒng)提供壓力和流量； 2) 根據(jù)建立的物理模型分別構(gòu)建子模塊模型如下：建立伺服電動機的數(shù)學模型、建立 液壓栗的數(shù)學模型、建立補油的數(shù)學模型、建立摩擦的數(shù)學模型、建立作動筒的數(shù)學模型； 3) 根據(jù)上述建立的各個子模塊模型建立完整的EHA系統(tǒng)開環(huán)模型； 4) 通過對EHA系統(tǒng)開環(huán)模型進行單環(huán)PID控制分析、多環(huán)PID控制分析、全狀態(tài)反饋與 控制分析以及動態(tài)壓力策略的全狀態(tài)反饋控制分析從而調(diào)整參數(shù)； 5. MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)的模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：根據(jù)不同的技術(shù) 的性能指標，結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配改進系統(tǒng)的模型。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：對系統(tǒng)的模型進 行的界面美化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：包括以下建立過程：建立物理模型，物理模型包括伺服電動機、控制器、對稱液壓缸、液壓泵，其中，控制器連接伺服電動機，伺服電動機驅(qū)動液壓泵，液壓泵驅(qū)動對稱液壓缸，根據(jù)飛機供電電源進行工作電壓的選定及其最高轉(zhuǎn)速、驅(qū)動液壓泵為系統(tǒng)提供壓力和流量；通過本發(fā)明電靜液作動器輔助開發(fā)系統(tǒng)可以自由選取諸如伺服電動機類型、液壓泵類型、負載類型以及電機參數(shù)、液壓泵參數(shù)、負載參數(shù)等的設(shè)定，以驗證設(shè)計方案理論上是否可行，控制策略是否有效。
【IPC分類】F15B19/00
【公開號】CN105179379
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】李楊, 周潔敏, 周笛
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月17日