[发明专利]一种电静液作动器电能回馈模拟系统高精度抗扰控制方法

权利要求书

1.一种电静液作动器电能回馈模拟系统高精度抗扰控制方法，其特征在于，该电静液作动器电能回馈模拟系统包括：EHA电机(1)、泵模拟加载电机(2)、EHA电机驱动器(3)、泵模拟加载电机驱动器(4)、工控计算机(7)、CAN总线分析仪(8)和双向三相直流电源(9)；其中，EHA电机(1)采用与实际电静液作动器中的电机参数相同的电机；泵模拟加载电机(2)用于模拟实际电静液作动器的液压传动系统；EHA电机驱动器(3)用于驱动控制EHA电机(1)；泵模拟加载电机驱动器(4)用于驱动控制泵模拟加载电机(2)；工控计算机通过CAN总线分析仪，对EHA电机驱动器、泵模拟加载电机驱动器实现参数设置、协调控制和状态监控；双向三相直流电源将工频380V市电转换为直流270V电源，向泵模拟电机提供电能和吸收回馈能源；其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

步骤一：在理想状况下，对实际电静液作动器中液压传动系统包括柱塞泵、油液管路、和作动筒进行精确数学建模：根据流量连续方程建立柱塞泵转速输入与作动筒输出位移的关系，根据力矩平衡方程建立作动筒位移及舵面负载转矩与EHA电机柱塞泵输入转矩的关系，得到电静液作动器液压传动系统的数学模型为：

式中，

D_p为柱塞泵排量，m³·rad^-1；

ω_r为液压泵转速,rad·s^-1；

A为作动筒的有效作用面积，m²；

x为以行程中点为零点的作动筒活塞位移，m；

为以行程中点为零点的作动筒活塞位移速度，m·s^-1；

为以行程中点为零点的作动筒活塞位移加速度，m·s^-1；

V₀为作动筒两侧管路和作动筒平均容积，m³；

P_L为作动筒输出两腔间负载压力，Pa；

β_e为油液实际体积弹性模数，Pa；

L_ea为作动筒输出两腔外部泄漏系数，m³·Pa^-1·s^-1；

L_ep为柱塞泵输出两腔对泄漏腔的外部泄漏系数，m³·Pa^-1·s^-1；

ξ_p为柱塞泵的内部泄漏常数,m³·Pa^-1·s^-1；

T_p为柱塞泵输入扭矩，N·m；

J_p为柱塞泵的转动惯量，kg·m²；

B_p为柱塞泵的黏滞阻力系数，N·m·s^-1；

T_DB为库伦摩擦力产生的阻力矩，N·m；

K_ex为负载弹性系数，N·m^-1；

M为舵面折算到活塞杆上的负载和活塞质量，kg；

F_ex为施加在活塞杆上的外力，N；

F_DB为作动筒的库伦摩擦力，N；

B_a为作动筒的黏滞阻力系数，N·m·s^-1；

步骤二：根据步骤一中得到的电静液作动器液压传动系统的数学模型中柱塞泵转速输入与作动筒输出位移的关系，对EHA电机进行与实际EHA电机相同的位置环，转速环及电流环三环级联控制；实现对模拟电静液作动器作动筒输出位置的闭环控制；

步骤三：在理想状况下，对泵模拟加载电机、联轴器及扭矩传感器组成的机械系统进行精确建模：根据泵模拟加载电机电流耦合关系设计电流前馈补偿器，根据EHA电机的角速度对扭矩传感器输出转矩的干扰关系设计位置干扰补偿器，根据机械系统库伦摩擦力对扭矩传感器输出转矩的干扰关系，设计摩擦干扰观测器并设计补偿方法；

步骤四：根据得到的电静液作动器液压传动系统的数学模型中作动筒位移及舵面负载转矩与EHA电机柱塞泵输入转矩的关系，对泵模拟加载电机进行转矩环和电流环级联控制；同时，采用步骤三中得到的电流前馈补偿器对电流环做解耦前馈补偿，采用步骤三中得到的位置干扰补偿器对EHA电机的主动运动对泵模拟加载电机产生的多余力矩做前馈补偿，采用步骤三中得到的摩擦干扰观测器对系统中非线性摩擦干扰力矩进行估计和前馈补偿；

步骤五：EHA电机和泵模拟加载电机由工控计算机通过CAN总线进行协调和控制，并根据使用需求，将EHA电机和泵模拟加载电机的控制方法调整为位置闭环控制模式和测功机控制模式；其中，位置闭环控制模式用于模拟电静液作动器在不同工况下的不同动作，进而模拟实际EHA电机动态能量消耗和能量回馈的过程；测功机控制模式用于模拟EHA电机长时间消耗能量和回馈能量的过程。