基于滑模控制的机载作动器摩擦转矩补偿研究

　　0　引言

　　当今,液压传动系统被广泛应用于机载伺服作动领域中,然而,由于液压传动系统具有一些固有缺陷,使得液压传动系统在机载伺服作动领域的使用受到一定的限制。液压传动系统的固有缺陷主要表现在:①需要体积庞大的中央液压系统和复杂的管路;②为了提供稳定的中央液压源,液压泵必须连续工作,导致能量效率比低;③液压源压力有波动;④漏油;⑤噪声。但是,液压传动系统同时具备体积小、功率大、惯性小的优点。

　　针对上述情况,为了克服传统液压系统的缺点,飞控系统开始向功率电传(power by wire,PBW)方向发展。功率电传是指由飞机次级能源系统至作动系统各执行机构之间的功率传输通过电能量传输的方式完成。PBW液压作动器不再需要中央液压系统和复杂的管路,从而在可靠性、生存力、可维护性、效率、故障容错能力、飞机整体性能上都有可观的提高[1]。

　　电动静液作动器(electro-hydrostatic actu-ator,EHA)作为功率电传作动器代表之一目前受到广泛关注。本文针对电动静液作动器的非线性问题,建立了电动静液伺服系统的非线性模型,通过设计非线性滑模控制器,使电动静液位置伺服系统获得了良好的静/动态性能。

　　1　电动静液伺服系统组成

　　EHA伺服系统不同于传统的开路液压传动系统,它是基于闭环路液压传动原理的,因此,EHA伺服系统中不需要油箱和液压伺服阀。EHA伺服系统主要由无刷直流电机(brushlessDC motor,BLDCM)、双向液压泵、对称液压缸、储能器、溢流阀和压力传感器、位置传感器等元件组成。其原理如图1所示。

　　无刷直流电机与双向液压泵直接连接,通过改变电机转速和方向拖动液压泵,在液压泵进油口和出油口分别产生不同压力;液压泵与对称液压缸通过刚性短管连接,因为液压缸左右两容腔存在压力差,会在活塞上产生对外部负载的作用力,使负载根据电机转向和转速运动。储能器的作用是作为紧急动力源以补充泄漏的液压油,在使系统保持恒压的同时,还可在系统管路内产生急剧压力变化时吸收液压冲击。溢流阀通过阀口的溢流限定最大工作压力,防止系统过载。压力和位置等传感器为控制器实时提供系统工作状态信号以实现控制功能[2]。

　　2　电动静液伺服系统建模

　　本文运用模块法将系统分为液压泵、对称液压缸、储能器及子回路、摩擦环节和无刷直流电机五个模块,并分别建立模型,然后将各模块连接构成完整的系统以作为仿真控制对象。

　　2.1　液压泵模块

　　该模块用来计算液压泵入口和出口的液压油流量,模型中考虑了泄漏和油液压缩性因素对流量损失造成的影响。液压泵出口a处的流量与压力的方程为