电动静液作动器调速系统的设计与优化

发布时间：2017-04-17 18:03

  本文关键词：电动静液作动器调速系统的设计与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作动系统技术是航空技术的重要研究方向,也是飞机控制和驾驶部分的关键技术。随着飞机速度的提高及综合性能的提升,对飞机的作动系统提出了更高的要求。电动静液作动器(EHA)是机电液控一体化紧密结合的复杂系统,以其优良的可靠性、维修性及高效率等突出优点受到越来越多的关注,逐渐成为飞行作动系统研究的重点。目前,国内对飞机电动静液作动器的研究仍处于起步阶段,本文主要针对EHA关键技术调速控制系统进行了基础性研究。具体研究内容和研究成果如下：(1)首先介绍了EHA的基本结构和其采用的高速高压(270V)直流无刷电机的特殊性,选择合适的电机调速方案。全面分析与论述了EHA电机控制调速的实现原理与工作过程,提出了调速系统设计与优化基本步骤。(2)根据EHA的工作原理,建立了电机调速的控制模型与液压泵、作动筒模型,分析了EHA中调速系统的设计要求,明确了优化对象。通过分析系统数学模型,设计了合适的控制器。采用在电流环与转速环中加入可变参数PID控制器来实现电机调速系统的双闭环反馈控制。(3)介绍了PID控制器的设计方法及遗传算法、粒子群算法的基本原理。以电机调速模型中输出转速的ITAE(误差绝对值对时间积分)指标作为主要寻优指标,采用MATLAB工具为平台,分别用改进的遗传算法、粒子群算法对调速系统中PID控制器参数进行整定优化,以不同负载情况下PID调节器参数为样本建立拟合方程实现PID调节器的参数可变,使调速系统在不同负载条件下具备良好的响应及抗扰性能。(4)结合实际情况,采用DSP芯片作为电机调速系统的控制器,对调速系统进行了硬件设计,并论述了基于DSP为硬件平台数字PID调节的实现及PWM信号的产生。本文以电动静液作动器为研究对象,遵循尽可能减小驱动电机转速超调量的优化准则,以缩短输出转速调节时间为主要优化目标,对EHA调速系统进行了设计及优化。经过算法整定寻优,找到多组在不同负载情况下的最佳PID调节器参数,通过建立拟合方程,实现了调速系统PID调节器参数的自适应调节,使EHA系统具有更好的响应性及鲁棒性。
【关键词】：电动静液作动器 调速系统 遗传算法 粒子群算法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249;V227
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外电动静液作动器的研究现状与发展趋势10-12
• 1.2.1 电动静液作动器在国外的研究现状与发展趋势10-12
• 1.2.2 电动静液作动器在国内的研究现状与发展趋势12
• 1.3 论文结构与主要内容12-14
• 2 EHA工作原理与其整体调速系统数学模型14-32
• 2.1 EHA工作原理14-15
• 2.2 EHA用270V高压无刷直流电机15-21
• 2.2.1 EHA用高压无刷直流电机的特殊性15-16
• 2.2.2 EHA用无刷直流电机结构与原理16-18
• 2.2.3 EHA用无刷直流电机的数学模型18-21
• 2.3 EHA用无刷直流电机的调速系统21-28
• 2.3.1 双闭环负反馈调速22-24
• 2.3.2 双闭环系统的启动过程24-26
• 2.3.3 双闭环系统的数学模型26-28
• 2.4 EHA作动部件对调速系统的影响28-31
• 2.4.1 泵与作动筒的模型28-30
• 2.4.2 EHA整体调速模型与调速系统性能要求30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 可变PID控制器与优化算法32-41
• 3.1 PID控制的基本原理32-33
• 3.2 可变PID参数设计方法33-36
• 3.3 遗传算法36-38
• 3.3.1 遗传算法的原理36-37
• 3.3.2 遗传算法的优势与不足37-38
• 3.4 粒子群算法38-40
• 3.4.1 粒子群算法的原理38-39
• 3.4.2 粒子群算法与遗传算法比较39-40
• 3.5 基于拟合方程的可变PID调节40
• 3.6 本章小结40-41
• 4 EHA调速系统可变PID控制器的优化设计41-58
• 4.1 调速系统优化设计目标41-43
• 4.2 电流内环PID控制器设计43-45
• 4.3 转速外环可变PID控制器设计45-55
• 4.3.1 电流内环的简化45-46
• 4.3.2 算法的收敛性与改进46-47
• 4.3.3 算法优化的可行域求解47-50
• 4.3.4 基于改进遗传算法的PID优化整定50-53
• 4.3.5 基于改进粒子群算法的PID优化整定53-55
• 4.4 可变PID控制器与调速性能测试55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 基于DSP的EHA调速系统硬件设计58-67
• 5.1 EHA控制系统整体结构58-59
• 5.2 DSP芯片TMS320F281259-63
• 5.2.1 TMS320F2812介绍59-60
• 5.2.2 DSP数字PID调节60-61
• 5.2.3 PWM信号的产生61-63
• 5.3 功率驱动电路63-64
• 5.4 检测与隔离电路64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 附录A 改进遗传算法程序71-75
• 附录B 改进粒子群算法程序75-77
• 附录C 适度值计算程序77-78
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 金霞;段富海;;基于GO法的电动静液作动器可靠性分析[J];大连理工大学学报;2013年06期

2 李军,付永领,王占林;机载电静液作动系统的发展现状与关键技术研究[J];航空制造技术;2005年11期

3 马瑞卿;侯红胜;杨白明;;270V高压无刷直流电动机速度闭环控制器[J];电机与控制应用;2009年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈辰;基于ISIGHT的电静液作动器结构分析与优化设计[D];大连理工大学;2014年

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本文编号：313988