《电动静液作动器力纷争现象的建模》.docVIP

《电动静液作动器力纷争现象的建模》 　0?引?言 ? 　　随着军用和民用航空工业的进步和发展，飞机机载作动系统将可能使用新型功率电传作动器，主要包括电动静液作动器和机电作动器两种[1]，在必威体育精装版型的商用飞机A380的设计过程中，液压系统采用2H?2E的设计方案，即采用两套传统的液压系统作为长时间工作系统，两套电动系统作为备份的设计理念，依据这样的理念，在电动系统中采用EHA作为作动装置，而逐渐使得飞机向着“多电飞机”方向发展，根据目前的发展方向，逐渐向“全电飞机”的目标迈进。欧洲于20世纪90年代逐渐展开了电动静液作动器?EHA的研究，目前在欧洲的EHA设计过程中，广泛采用变转速马达驱动定排量泵，外部采用位置负反馈的形式来设计EHA，在一般的舵面驱动情况下，一块舵面需要两个作动器进行驱动，在波音系列飞机的设计过程中，每块舵面的作动器均采用主动/主动工作模式，即驱动舵面的作动器是同时工作的，且每个作动器上所承受的负载相同，而在空客系列飞机的设计中，每块舵面上的作动器均采用主动/被动工作模式，即只有一个作动器处于工作状态，承受完整载荷，而另一个作动器一直处于阻尼模式。国内在这方面的研究刚刚起步，主要集中在国外获得率先发展的EHA上[2]。本文介绍了EHA系统基本工作原理和数学模型，利用?AMESim软件搭建了双余度EHA系统模型，通过对比例环节和积分环节进行调参，分析结果并进行优化设计，有效地解决了力纷争问题。 ? 　　1?EHA系统基本组成和工作原理 ? 　　电动静夜作动器主要由控制器、永磁无刷直流电机、定量柱塞泵、作动筒和信号反馈装置组成。它是一种新型的闭式容积调速系统，通过对无刷直流电机进行调速，直接驱动定量柱塞泵改变泵的流量，最终达到控制作动筒位移输出的目的[3]。原理图如图1所示。 ? 　　图1?EHA系统组成原理图 ? 输入信号与反馈信号在控制器中经过计算转变为电控信号径功率驱动单元放大成为功率电信号，然后驱动无刷电机带动定排量柱塞泵输出高压油到作动筒两腔，以带动舵面克服负载进行运动。蓄能器与单向阀用来保持系统压力，消除压力脉动和气穴现象;阻尼旁通阀的作用是当系统发生故障时，柱塞泵的进油口与回油口联通，作动筒两腔沟通，对系统起到安全隔离作用;安全阀的作用是防止柱塞泵与作动筒两腔之间产生过高压力[4];速度、压力和位移传感器与控制器相连，对系统进行监测和控制。?　　 ? 2?EHA系统数学模型 ? 　　2.1?无刷直流电动机数学模型 ? 　　无刷直流电动机是利用半导体开关电路和位置传感器代替电刷和换向器，无刷直流电动机由转子和定子两大部分组成[5]。转子用永磁材料制成，构成永磁磁极。所选择的电机的永磁材料采用镍钴，定子由绕组和铁芯组成，其工作原理与一般直流电机相同，只是结构相反[6]。图2所示为直流电动机达到稳定转速时的等效电路图。 ? 　　图2?无刷直流电动机等效电路 ? 　　图2中[Um]为电动机外加电压;[Um][Ea]为电动机感应电动势;[Ra]为电动机的绕组电阻;[Ia]为电动机的电流。它们之间的关系为： ? 　　[Um=RaIa+LdIadt+Ea]?(1) ? 　　式中：[Ea=Kωθ]，[θ]为电动机转动的角速度，[Kω]为感应电动势系数。 ? 　　2.2?泵和液压缸数学模型 ? 　　此模型中采用双向柱塞泵。忽略液压油的容积变化，泵的输入/输出流量[Qa]，[Qb]如下[7]： ? 　　[Qa=DPω-ξ(Pa-Pb)-L(Pa-Pcase)]?(2) ? 　　[Qb=DPω-ξ(Pa-Pb)-L(Pb-Pcase)]?(3) ? 　　式中：[ξ]为泵的内部泄漏系数;[L]为泵的外部泄漏系数;[Pcase]为泵的卸油口压力。 ? 　　忽略液压缸的内部泄漏，对称液压缸输入和输出流量分别为[8]： ? 　　[Q1=Ax+(V0+Ax)βedP1dt+LextP1]?(4) ? 　　[Q2=Ax+(V0-Ax)βedP2dt+LextP2]?(5) ? 　　式中：A为液压缸受力面积;[x]为液压缸活塞杆位移;[V0]为管路和液压缸平均容积;[βe]为液压油等效容积弹性模数;[Lext]为液压缸的外部泄漏系数;[P1]，[P2]为液压缸活塞腔压力。 ? 　　由于EHA的对称性，泵和液压缸之间的压降[Ppipe]值在0～35?kPa之间，具体大小取决于流量的大小。泵出口压力和液压缸工作腔压力之间关系为 ? 　　[Pa=P1+PpipePb=P2-Ppipe]?(6) ? 　　为了得到简化的泵、液压缸模型，假设泵的外部泄漏系数L在筒液压缸的外部泄漏系数[Lext]相等。在正常的运行中，蓄