一种基于运动状态同步的自适应解耦控制方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】-种基于运动状态同步的自适应解耦控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及由液压作动器（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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，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。
[0005] 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：
【权利要求】
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 = PHfi 屯=?畔-1 馬=閒3 A = PHi ; F,=盛姆-?.?); Ys = diag(Xi3，X23);利用未知参数Si对C,进行参数估计，利用未知参数0 2对M,进行参数估计； (2) 确定HA的输入控制律Ui W及EHA的输入控制律U2 ; HA的输入控制律Ui为式巧）的虚拟控制输入向量〇3二[U。Q23]t的第一项，为： a, = - C/z, + M,x, + ri, + d,); EHA的输入控制律1?为：
其中屯为对角正定常数矩阵；a 1和a 2分别为式做和（7)的虚拟控制输入向量； Z3 = [Zi3, Z23]T为式做的输出X3 = [Xi3, X23]T跟踪a 2的跟踪误差向量； Z2 = [Z。，Z22]T为馬=区2，馬2]'跟踪a 1的跟踪误差向量；向量X2 = [X。，X22]T ;武是未知 参数e 2的估计值；设计参数1?为正数；Z24为跟踪式做的第二个虚拟控制输入a 23 的跟踪误差变量； (3) 设未知参数0 1和02的估计值分别为馬和武，通过不连续映射碱>实现句和 4的自适应控制律，如下所示： A = Pr t屯,的),Cf, = -; 4. Pr 的）,揉之=-!'2-- ; 其中，r 1和r 2均2X2的对角正定常数矩阵； 不连续映射內-?的> 为：
其中，0 分别是为未知参数0 1设置的最大值和最小值。
2.如权利要求1所述的基于运动状态同步的自适应解禪控制方法，其特征在于：所述 的步骤一，对EHA进行前馈补偿，具体是：根据舱面期望位移指令Xf生成速度指令向量a ml
补偿到EHA控制器的速度跟踪信号a 1上； 其中，《w =i,.(A>' +A'p) ，Kd表示微分系数，Kp表示比例系数，S表示复变数。
3.如权利要求1所述的基于运动状态同步的自适应解禪控制方法，其特征在于：步骤 H中所述的非相似兀余混合作动系统的状态方程，对EHA的电机模型简化为一阶环节，简 化后的电机的等效阻尼系数Bm。= KeKm/Re+Bm，K。为电机反电动势系数，Bm为EHA的电机和 粟的总负载阻尼系数。
【文档编号】B64C9/00GK104265708SQ201410447282
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】王兴坚, 石存, 王少萍, 杨中伟, 石健 申请人:北京航空航天大学