[发明专利]一种电动静液作动器半物理实时仿真系统

说明书

本发明公开了一种电动静液作动器半物理实时仿真系统，包括：上位机和通讯连接的实时目标机；上位机包括仿真监控和调试模块，模型搭建及测试模块，实时接口驱动模块库，FPGA模型编程工具箱，代码生成及编译模块；实时目标机，包括：下载模块用于下载代码生成及编译模块生成的仿真模型；运行模块用于运行仿真模型，进行仿真试验；反馈模块用于将仿真试验的实时数据反馈给上位机进行显示及模型优化。该仿真系统既能在未设计出控制器的情况下快速验证控制算法，又能在电动静液作动器本体未加工出来时验证控制器性能，缩短电动静液作动器的开发进程，加快测试验证效率，软件环境的功能强大且使用方便，可满足多学科跨能域的验证需求。

技术领域

本发明涉及伺服作动器技术领域，特别涉及一种电动静液作动器半物理实时仿真系统。

背景技术

电动静液作动器(Electro-hydrostatic Actuator，EHA)作为未来飞行器的主导作动系统，它的设计与优化有着非常重要的意义。电动静液作动器可以使飞机的生存能力得到提高，提升了飞机可靠性和维修性，同时带来了维护费用的下降。因此采用电动静液作动器不仅可以大幅提高飞机的性能，还可以节省维护费用。随着技术的发展和成熟，对于工业及民用领域如汽车、工程机械、机器人等，电动静液作动器作为驱动执行器也具有广泛的应用前景。

电动静液作动器按照调速方式主要分为3类，分别为定量泵变转速型、变量泵定转速型以及变量泵变转速型。电动静液作动系统结构主要包括控制器、驱动器、伺服电机、液压泵、液压阀、作动筒、各类传感器以及油箱组件等。

其中，电动静液作动器原理如图1所示，其属于定量泵变转速型电动静液作动器。电动静液作动器是泵直驱液压缸的闭式液压系统，采用容积控制原理，通过调节泵的输出流量，实现液压缸的伺服控制。液压泵为定量柱塞泵，通过伺服控制调节电机泵的转速和转向实现流量控制。电动静液作动器采用电流环、转速环、位置环三环控制架构。

电动静液作动器电子装置包括系统控制器1和电动机功率驱动器2两部分，系统控制器1采集各路反馈信号和接收飞控计算机指令，执行相应控制算法，发出电动静液作动器的控制指令；电动机功率驱动器2将系统控制器1发出的指令进行功率放大，驱动电动机3运转。电动静液作动器采用电动机3加泵的形式作为动力源，电动机3和定排量柱塞泵4同轴连接。驱动器2与电动机3之间还安装有电流传感器13，电动机3嵌入有转速传感器14和温度传感器16，还在泵的泄油管路上配置了油滤5和单向阀6，以保证泵的泄露油液顺利流出和整个电动静液作动器内油液的清洁度。液压缸采用对称缸以使EHA两个运动方向特性相同。增压油箱7和两个抗气穴阀8组成了电动静液作动器的补油回路，可保证电动静液作动器的基础压力，防止气穴，并补偿电动静液作动器的泄漏。增压油箱7上安装有液位传感器18，实现增压油箱的油量监测。作动筒11的两个容腔分别与两个油路连接，每个油路上还分别安装了压力传感器17；作动筒11的输出杆上安装有位移传感器15；作动筒11的输出端与电动静液作动器外负载12连接。

作动筒11的两个容腔之间设有一个模式选择阀9；通过模式选择阀、阻尼阀以及相应单向阀可实现电动静液作动器正常工作模式和阻尼模式间的切换。安全阀10用于保证电动静液作动器工作压力不超出安全限制。温压传感器19安装在增压油箱7附近，用于监测油液的压力和温度；充放油口20设置在增压油箱7附近，给系统补油或放油。

由于电动静液作动器是一个复杂的系统，且为未非标产品，故其设计周期长，建模仿真准确性有限，开发测试过程繁琐且困难。因此，如何加快电动静液作动器开发进度和节省成本，成为同行从业人员急需解决的问题。另外，现有的半物理仿真平台主要接口有限，无法满足电动静液作动器多学科跨能域的验证需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动静液作动器半物理实时仿真系统，用于电动静液作动器的开发和试验验证的软件环境搭建，可解决电动静液作动器设计周期长、建模仿真准确性地、开发测试过程繁琐的问题。