一种基于运动状态同步的自适应解耦控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于运动状态同步的自适应解耦控制方法，用于由液压作动器(HA)和电静液作动器(EHA)所组成的非相似冗余混合作动系统。本发明专利技术中构建了非相似冗余作动系统的耦合模型，对HA和EHA之间的差异项进行补偿；对舵面模型的状态方程进行分解，生成HA和EHA位移之和的跟踪控制指令；设计同步自适应解耦控制方法，消除耦合项对系统输出的影响，实现对舵面位移指令的精确跟踪控制，并且克服不同作动器之间的力纷争问题。本发明专利技术能够实现对舵面位移指令的精确跟踪控制，并且有效降低了不同作动器之间的力纷争大小。同时设计的自适应控制律能够较为准确的逼近估计参数的真值，从而消除参数不确定性对系统控制性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
-种基于运动状态同步的自适应解耦控制方法
本专利技术涉及由液压作动器（Hydraulic Actuator, HA)和电静液作动器 (Electro-Hydrostatic Actuator, EHA)所组成的非相似冗余混合作动系统（Hybrid Actuation System, HAS)的同步自适应解稱控制方法，尤其涉及一种基于运动状态同步的 自适应解耦控制方法。
技术介绍
随着现代商用客机向越来越大型化的方向发展，飞机作动系统的可靠性要求也越 来越高。为了提高作动系统的可靠性，避免共因故障，国外先进飞机设计公司开始采用新型 分布式非相似冗余混合作动系统新体系。其中，由功率电传作动系统和传统的阀控液压伺 服作动系统所组成的非相似冗余混合作动系统（HAS)，兼具了传统液压作动系统的快速、大 功率和功率电传作动系统高效率、高可靠性的优点，将会是未来大型飞机作动系统的发展 趋势。 但是当HAS工作在主动/主动模式（即同时驱动舵面偏转时）时，两个作动器HA 和EHA在相同输入指令下输出之间存在着相互f禹合：HA输出力的变化施加于舵面，通过舵 面复合铰链机构导致EHA输出力变化，反之亦然。两个作动器之间存在强烈的相互耦合作 用，若二者不能实现同步驱动，两套作动器的输出之间将会产生严重的力纷争现象，直接影 响驱动效率和控制精度，有时甚至会损坏系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，构建非相似冗余混合作动系统的耦合模型，设计同步自适应 解耦控制方法，消除耦合项对非相似冗余混合作动系统输出的影响，实现对舵面位移指令 的精确跟踪控制，并且有效地克服不同作动器之间的力纷争问题。 液压作动器（HA)和电静液作动器（EHA)所组成的非相似冗余混合作动系统的状 态方程如式（1)?（4)所示：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运动状态同步的自适应解耦控制方法，用于液压作动器(HA)和电静液作动器(EHA)所组成的非相似冗余混合作动系统，其特征在于：非相似冗余混合作动系统的状态方程如式(1)～(4)所示；x·11x·21=x12x22---(1)]]>x·12x·22=-H1x11x21-H2x12x22+H3x13x23+H1x31x31---(2)]]>x·13x·23=-M1x12x22-M2x13x23+M3u1x24---(3)]]>x·24=-VPJmx23-BmeJmx24+KmJmReu2---(4)]]>各矩阵为：H1=Kmh00Kme;H2=Bhmh00Beme;H3=Ahmh00Aeme;]]>H1=Kmh00Kme;H2=Bhmh00Beme;H3=Ahmh00Aeme;]]>其中，x11和x21分别对应HA和EHA作动筒活塞位移xh和xe；x12和x22分别对应HA和EHA作动筒活塞速度vh和ve；x13和x23分别代表HA和EHA的负载压力Ph和Pe；x24代表EHA中的电机转速ωe；x31和x32分别代表舵面的等效位移xd和速度vd；字符上加点表示求导；K为作动筒与舵面的连接刚度；mh为HA液压缸与活塞的总质量；me为EHA液压缸与活塞的总质量；Bh为HA的阻尼系数；Be为EHA的阻尼系数；Ah为HA液压缸活塞的有效面积；Ae为EHA液压缸活塞的有效面积；Eh为HA的体积弹性模量；Ee为EHA的体积弹性模量；Vh为HA液压缸的总容积；Ve为EHA液压缸的总容积；Kce为HA的总流量压力系数；Cel为EHA液压缸的总泄漏系数；Kv为HA的电液伺服阀的比例系数，Kq为HA的电液伺服阀的流量增益；VP为EHA中泵的排量；Jm为EHA电机和泵的总转动惯量；Bme为EHA中电机的等效阻尼系数；Re为EHA的电机电枢电阻；Km为EHA的电机电磁力矩常数；所述的自适应解耦控制方法包括如下步骤：步骤一：前馈补偿；对液压作动器(HA)和电静液作动器(EHA)之间的差异项进行补偿；步骤二：对舵面运动分解与控制指令生成；对舵面模型的状态方程进行分解，生成HA和EHA位移之和的跟踪控制指令xtr；xtr=mdK(-kr2zr2-zr1+2Kmdx31+Bdmdx32+1mdFL+α·r1)---(5)]]>其中，md为舵面的等效质量；Bd为舵面等效粘性阻尼系数；FL为空气负载；为第一级虚拟控制律；为舵面期望位移指令xr的微分；kr1和kr2为设计参数，值为正数；zr1＝x31‑xr为位移跟踪误差变量；zr2＝x32‑αr1为速度跟踪误差变量；步骤三：进行自适应解耦控制，具体如下：(1)将式(1)和式(2)所示的两个方程作等效线性变换，方程两边均左乘矩阵P，则式(1)～(3)分别变换为式(6)～(8)；x‾·11x‾·21=x‾12x‾22---(6)]]>x‾·12x‾·22=-C1x‾11x‾21-Y1θ1+C3x13x23+C4x31x31---(7)]]>x·13x·23=-M1x12x22-Y2θ2+M3u1x24---(8)]]>其中，P=111-1;]]>C1＝PH1P‑1；C2＝PH2P‑1；C3＝PH3；C4＝PH1；Y2＝diag(x13,x23)；利用未知参数θ1对C2进行参数估计，利用未知参数θ2对M2进行参数估计；(2)确定HA的输入控制律u1以及EHA的输入控制律u2；HA的输入控制律u1为式(8)的虚拟控制输入向量α3＝[u1,α23]T的第一项，α3为：α3=M3-1(-k3z3-C3Tz2+M1x2+Y2θ^2+α·2);]]>EHA的输入控制律u2为：u2=JmReKm(-k24z24-4EeVPVez23+VPJmx23+BmeJmx24+α·23);]]>其中：k3为对角正定常数矩阵；α1和α2分别为式(6)和(7)的虚拟控制输入向量；z3＝[z13,z23]T为式(8)的输出x3＝[x13,x23]T跟踪α2的跟踪误差向量；z2＝[z12,z22]T为跟踪α1的跟踪误差向量；向量x2＝[x12,x22]T；是未知参数θ2的估计值；设计参数k24为正数；z24为x24跟踪式(8...

【技术特征摘要】
I. 一种基于运动状态同步的自适应解禪控制方法，用于液压作动器（HA)和电静液作 动器巧HA)所组成的非相似兀余混合作动系统，其特征在于： 非相似兀余混合作动系统的状态方程如式（1)?（4)所示；各矩阵为：其中，Xii和X21分别对应HA和EHA作动筒活塞位移Xh和Xe而2和X22分别对应HA和 EHA作动筒活塞速度Vh和Ve而3和X23分别代表HA和EHA的负载压力Ph和Pe ;X24代表EHA 中的电机转速；而1和相分别代表舱面的等效位移Xd和速度Vd ;字符上加点表示求导； K为作动筒与舱面的连接刚度；Hih为HA液压缸与活塞的总质量；m。为EHA液压缸与活塞的 总质量；Bh为HA的阻尼系数；Be为EHA的阻尼系数；Ah为HA液压缸活塞的有效面积；Ae为 EHA液压缸活塞的有效面积；Eh为HA的体积弹性模量击e为EHA的体积弹性模量；Vh为HA 液压缸的总容积；Ve为EHA液压缸的总容积；K。。为HA的总流量压力系数；Cd为EHA液压缸 的总泄漏系数；Ky为HA的电液伺服阀的比例系数，K。为HA的电液伺服阀的流量增益；Vp为 EHA中粟的排量Jm为EHA电机和粟的总转动惯量；Bm。为EHA中电机的等效阻尼系数化为 EHA的电机电枢电阻；Km为EHA的电机电磁力矩常数； 所述的自适应解禪控制方法包括如下步骤： 步骤一：前馈补偿； 对液压作动器（HA)和电静液作动器巧HA)之间的差异项进行补偿； 步骤二；对舱面运动分解与控制指令生成； 对舱面模型的状态方程进行分解，生成HA和EHA位移之和的跟踪控制指令Xtf ;其中，Hld为舱面的等效质量斯为舱面等效粘性阻尼系数化为空气负载； 爲,+秦为第一级虚拟控制律；4为舱面期望位移指令Xf的微分；kfi和k,2为设计参 数，值为正数；Zfi = Xgi-Xf为位移跟踪误差变量；= X32-a d为速度跟踪误差变量；步骤H ;进行自适应解禪控制，具体如下： (1) 将式（1)和式（2)所示的两个方程作等效线性变换，方程两边均左乘矩阵P，则式 (1)?（3)分别变换为式做?巧）；其中，尹=; Cl = PH...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴坚，石存，王少萍，杨中伟，石健，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11