平尾作动器控制系统设计及安全性评估

发布时间：2019-09-12 14:43

【摘要】：广泛采用机电作动系统是多电/全电飞机系统的重要特征。机电作动系统是飞机操纵系统的关键执行机构,因此对机电作动系统提出较高的要求。无刷直流电机因其具有结构简单、功率大、优良调速性能等优点已经在到机电作动系统中广泛采用。民用飞机系统设计的最重要的要求是安全性,在民用飞机系统的研发过程中必须进行安全性评估等分析手段以表征系统设计满足安全性要求。机电作动系统具有非线性、多变量和强耦合的特点,传统的控制方法如经典PID控制效果不够理想。为了提高控制系统的动态性能和鲁棒性,本文设计了机电作动器的自抗扰控制方案,并对控制方法、系统实现等方面开展了深入研究。数值仿真结果表明,提出的控制器表现出较强的鲁棒性,能够有效抑制负载变化和不确定性扰动,满足系统对快速性和准确性的要求。本文研究了自抗扰控制方法的基本理论,对构成自抗扰控制器的三部分:跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈律进行了论证工作,并重点探究了离散化算法以及参数整定问题,通过仿真实验测试控制器性能。民用飞机设计的第一准则是安全性,系统安全性评估是一种用于表明对适航条款以及系统安全性符合性的系统化方法。本论文首先简要描述了系统安全性评估的相关概念,论证了相关安全性指标,然后重点介绍了故障树(Fault Tree Analysis,FTA)等安全性评估方法以及相关安全性评估过程。最后以水平安定面为研究对象进行了机电作动系统的安全性评估工作,重点分析了由机电作动器机械卡阻导致的失效,验证系统设计符合安全性指标和要求。
【图文】：

电作动器基本原理平安定面机电作动系统采用直线式 EMA。随着新型电机、电子、电力技迅速提高，，现阶段 EMA 所采用的驱动电机逐渐由有刷向无刷、直流向交。伺服控制技术逐渐由简单闭环的模拟式向多闭环的数字式高精度、高频由此，EMA 的应用范围逐渐从辅助舵面发展至主舵面。同时，总线技术的应用，为更加可靠、安全的 EMA 研制和多电/全电民用飞机的设计提供持。电作动器的组成及工作原理 2-1 为一种典型的直线式 EMA 结构，它由无刷直流电机、齿轮减速箱、制器和位置传感器等几部分组成，无需液压源，减轻了重量[33]。作动器借件通过齿轮减速箱将旋转输入力矩转换为线性输出力，驱动舵面运动。滚是驱动滚珠螺母直线运动，滚珠螺母通过驱动轴安装于舵面上，作动器杆器沿轴向旋转，并通过内部的位置传感器反馈位置信号，实现系统的闭

中国民航大学硕士学位论文（1）无刷直流电机机电作动系统的驱动电机通常采用无刷直流电机（BLDCM）。无刷直流电机的本点是以电子逻辑电路和功率开关线路构成的电子换向器取代传统的机械换向器和所构成的在运动中接触式换流机构[34]。BLDCM 通常由电子换相电路、转子位置检路和电动机本体三部分组成。BLDCM 保持了直流电机出色的调速性能，并且具有积小、运行可靠、维修方便等优点，因此广泛应用到航空航天领域。其结构如图 2示。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1

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本文编号：2535201