[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

说明书

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，通过对电静液作动器进行精确数学建模，模拟实际电静液作动器工作过程中的作动筒位移和柱塞泵输入转矩，使EHA电机实现位置闭环控制，使泵模拟加载电机实现转矩闭环控制，实施对EHA电机的加载转矩模拟，进而模拟实际EHA电机与机载270V高压直流汇流条间能量消耗和能量回馈过程；通过对泵模拟加载电机、扭矩传感器的精确数学建模，设计位置干扰补偿器，摩擦干扰观测器及电流前馈补偿器，改进常规控制方法，实现了泵模拟加载电机对加载转矩的高动态、高精度跟踪，为高精度模拟实际EHA电机与机载270V高压直流汇流条间能量消耗和能量回馈过程提供了有效的控制方法。

技术领域

本发明属于无人机或飞机的电动负载模拟技术领域，特别涉及一种基于电静液作动器电能回馈模拟系统的高精度抗扰控制方法。

背景技术

随着多电/全电技术的不断引领和推动，大功率电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator，EHA)被越来越多的应用于飞机的舵面控制、起落架收放与刹车系统中。电静液作动器把由电网和电力控制单元提供的电能，通过EHA电机驱动柱塞泵转旋转，推动油液，转化为液压能，再通过作动筒的前后运动和其他一些传动附件，将液压能转换为驱动飞行器舵面运动的机械能。

大功率电静液作动器在制动及顺载运行过程中会产生一定的瞬时再生电能，严重影响机载供电系统的稳定性。因此需要针对不同特性的电静液作动器进行机载供电系统的能量综合管理的研究。但电静液作动器作为高度一体化系统，结构复杂，研发难度大，研发周期通常长达几年，无法直接对其进行加载实验，且需要在地面实验中模拟飞行过程中的工况。基于此，本电能回馈模拟系统通过模拟EHA四象限运行时对机载电网的能量消耗与能量回馈，以及能量流动时对电网电压的影响，为机载供电系统的能量综合管理的研究提供技术支撑和实验测试手段。其中EHA电机可以采用相同功率等级的高速伺服电机替代，而液压传动系统，如柱塞泵，油液管路，作动筒，由于其设计在一体化架构中，设计和加工困难无法获得实物替代品，可以采用泵模拟加载电机，基于数学模型对EHA电机实施对拖加载，模拟液压传动系统施加与EHA电机的负载转矩变化。不仅去除了实验过程中的油液设备，也可以通过调整数学模型的参数对不同设备进行模拟实验，有利于加快机载供电系统的能量综合管理的研发进度。

电能回馈模拟系统通过四象限加载装置实现EHA电机的四象限运行加载，进而模拟EHA四象限运行时对机载电网的能量消耗与能量回馈，以及能量流动时对电网电压的影响，为机载供电系统的能量综合管理的研究提供技术支撑和实验测试手段。为了模拟实际工作中的电静液作动器的电能消耗和回馈，需要对其建立精确的数学模型。而已有的数学模型过于简单，缺少了对油液压缩、油液泄漏、阻尼损耗的考虑，难以高精度的模拟真实的EHA电机四象限运行时对机载电网的能量消耗与能量回馈影响及相关过程。实际EHA电机工作时具有高速，高动态的特征。然而目前提出的电动负载模拟加载平台，虽然已经对永磁同步电机作为加载电机的模拟系统进行了相关研究，但均是针对一般航空舵机扫频加载实验设计的，因此对受载电机的主动运动对加载电机的位置干扰及系统中存在的非线性摩擦转矩干扰未考虑全面，因此难以保证在各种工况下实现对EHA四象限运行时能量消耗与能量回馈的模拟精度和跟踪性能。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于为电静液作动器电能回馈模拟系统提供一高精度抗扰控制方法，能够实现模拟实际工作中的EHA电机的工作状态以及准确反映其四象限运行过程中的能量消耗与能量回馈。

该电能回馈模拟系统用于模拟电静液作动器在中不同工况下工作，从供电系统获取的电能和向供电系统回馈的电能的特征。该电能回馈模拟系统由EHA用电机和泵模拟加载电机组成；EHA电机与实际驱动电机类似，参数相同。泵模拟加载电机，模拟外负载作用于作动筒，通过油液及柱塞泵传导到实际驱动电机的负载转矩；泵模拟加载电机依据建立的电静液作动器的柱塞泵，油液和作动筒的数学模型，实现从外负载特性到电机负载转矩的变换；二者共同实现了对不同工况下的电静液作动器作动的模拟。