一种电静液作动器的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电静液作动器的控制方法及系统。该方法包括：构建电静液作动器的动力学模型；按照能量转换过程对电静液作动器进行系统划分，得到多个子系统；基于动力学模型确定各个子系统的控制律；按照各个子系统的控制律对电静液作动器进行控制。本发明专利技术的电静液作动器的控制方法及系统能够提高电静液作动器的控制精度。

Control method and system of an electro Hydrostatic Actuator

【技术实现步骤摘要】
一种电静液作动器的控制方法及系统
本专利技术涉及电静液作动器领域，特别是涉及一种电静液作动器的控制方法及系统。
技术介绍
电静液作动器(Electro-HydrostaticActuator，EHA)是一种先进的功率电传作动器，具有密度大、重量轻、体积小等优点，代表着未来高性能、高可靠性、高功率密度的航空航天伺服作动技术的重要发展方向。EHA一般由电机、液压泵、作动筒及一些液压附件构成，但是由于电机自身惯量较大，电静液作动器的响应速度、频宽等指标提升依赖于先进控制方法的有效利用。此外，EHA模型复杂、阶数高，受多种非线性和不确定性影响，给EHA的控制带来挑战。EHA的不确定性主要包括内不确定性和外不确定性。内不确定性主要包括参数不确定性和非线性不确定性，这是由于油液的可压缩性、管道压力损失、未知的粘滞阻尼、外载荷力、阀的物理特性、体积弹性模型和油液温度变化等引起的。外不确定性则是由于驱动机械设备而受到来自外部的未知负载引起的。此外，EHA控制性能还受输入饱和、白噪声干扰等问题的影响。随着非线性控制理论的发展，自适应控制、鲁棒控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电静液作动器的控制方法，其特征在于，包括：/n构建电静液作动器的动力学模型；/n按照能量转换过程对电静液作动器进行系统划分，得到多个子系统；/n基于所述动力学模型确定各个子系统的控制律；/n按照各个所述子系统的控制律对所述电静液作动器进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种电静液作动器的控制方法，其特征在于，包括：
构建电静液作动器的动力学模型；
按照能量转换过程对电静液作动器进行系统划分，得到多个子系统；
基于所述动力学模型确定各个子系统的控制律；
按照各个所述子系统的控制律对所述电静液作动器进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种电静液作动器的控制方法，其特征在于，所述电静液作动器包括电机、泵和作动筒；所述电机用于驱动所述泵从而改变液压缸的压力，进而驱动所述作动筒；
所述构建电静液作动器的动力学模型，具体包括：
以无刷直流电机作为所述电静液作动器的电机，建立电机的电势平衡方程：



式中，ue为电机控制电压；ie为电机电流；Ke为电机反电动势系数；ωe为电机转速；Re为电机电枢电阻；Le为电机电枢电感，为ie的一阶导数；
建立电机的转矩平衡方程：



式中，Km为电机电磁力矩常数；为ωe的一阶导数；Bm＝Be+Bp为电机与泵的总负载阻尼系数，Be为电机负载阻尼系数，Bp为泵负载阻尼系数；Jm＝Je+Jp为电机与泵的总转动惯量，Je为电机转动惯量，Jp为泵转动惯量；Te为电机输出转矩；
建立液压缸的流量连续方程：



式中，VP＝V/(2π)，V为泵的排量，Ae为液压缸活塞的有效面积；xe为液压缸活塞的位移；为xe的一阶导数；Ve为液压缸的总容积；Cel为液压缸的总泄露系数，且Cel＝Celi+0.5Cele，Celi、Cele分别为液压缸的内泄漏系数和外泄漏系数；Ee为有效体积弹性模量；Pe为负载压力，为Pe的一阶导数；
建立液压缸的力平衡方程：



式中，me为负载质量，为xe的二阶导数；Be为负载阻尼系数，Fe为外负载，即活塞杆的输出力。


3.根据权利要求2所述的一种电静液作动器的控制方法，其特征在于，所述按照能量转换过程对电静液作动器进行系统划分，得到多个子系统，具体包括：
将电静液作动器中执行将来自液压缸内部的液压能转化为作动筒的机械能的子系统作为第一子系统；
将电静液作动器中执行将来自泵的机械能转化为液压缸内部的液压能的子系统作为第二子系统；
将电静液作动器中执行将电机电磁能转换为电机转子的机械能的子系统作为第三子系统；
将电静液作动器中执行将电机的电能转化为电机的电磁能的子系统作为第四子系统。


4.根据权利要求3所述的电静液作动器的控制方法，其特征在于，所述基于所述动力学模型确定各个子系统的控制律，具体包括：
基于所述液压缸的力平衡方程创建在已知参数下所述第一子系统的控制律：



式中，Ped为液压缸的需求压力，为需求加速度，为需求速度，k1＞0为本地反馈增益，Y1为回归向量，θ1为参数向量，
基于所述液压缸的流量连续方程创建在已知参数下所述第二子系统的控制律：



式中，ωed为泵的需求转速，为Ped的一阶导数，k2＞0为本地反馈增益，k3为稳定反馈增益，Y2为回归向量，θ2为参数向量，基于所述电机的转矩平衡方程创建在已知参数下所述第三子系统的控制律：



式中，ied为电机的需求电流，为ωed的一阶导数，k4为本地反馈增益，k5为稳定反馈增益，Y3为回归向量，θ3为参数向量，
基于所述电机的电势平衡方程创建在已知参数下所述第四子系统的控制律：



式中，ued为电机的需求电压，为ied的一阶导数，k6为本地反馈增益，k7为稳定反馈增益，Y4为回归向量，θ4为参数向量，
在未知参数下所述第一子系统的控制律为：



式中，为θ1的参数估计值；采用自适应算法实时更新；
在未知参数下所述第二子系统的控制律为：



式中，为θ2的参数估计值；采用自适应算法实时更新；
在未知参数下所述第三子系统的控制律为：



式中，为θ3的参数估计值；采用自适应算法实时更新；
在未知参数下所述第四子系统的控制律为：



式中，为θ4的参数估计值；采用自适应算法实时更新。


5.一种电静液作动器的控制系统，其特征在于，包括：
动力学模型构建模块，用于构建电静液作动器的动力学模型；
系统划分模块，用于按照能量转换过程对电静液作动器进行系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴坚，沈友昊，王少萍，张育玮，张超，
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