起落架气动负载模拟系统力矩控制

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1、起落架气动负载模拟系统力矩控制2004年第3期液压与气动23起落架气动负载模拟系统力矩控制袁朝辉,崔海云Force/TorqueControlforAerodynamicLoadSimulatorofanUndercarriageYuanZhao-hui.CuiHai-ytm(西北工业大学自动控制系,陕西西安710072)摘要:某型飞机前起落架气动负载模拟采用电液伺服系统,针对其本质非线性系统的特点采用反馈线性化将其变为可控的线性系统.并导出其最优控制律.文中建立了气动负载模拟系统的数学模型,给出了

2、线性化及控制律的求解过程.仿真和实验结果表明,对于该系统采用非线性控制方法,系统能保证力矩跟踪性能并有效抑制前起操纵引起的多余力矩.关键词:液压系统;力系统;气动负载;非线性控制;起落架中图分类号:TH137文献标识码:B文章编号:1000-4858(2004)03.0023.04某型飞机液压系统地面试验采用电液伺服系统模拟前起落架所受的空气动力负载,气动负载是起落架运动位置的函数.该系统为被动式加载系统,由于起落架运动由收放作动筒驱动,在运动过程中速度,加速度变化较大,起落架运动对加载力的扰动较大

3、.由于节流方程的非线性,电液伺服系统为本质非线性系统,在设计系统控制器时,一种方法是将系统节流方程在某一平衡点附近加以线性化,从而把非线性系统近似转化为工作点附近的增量线性系统,再利用线性控制理论对系统进行分析和综合.而实际上大部分情况滑阀在较大的开口范围运动,而非仅仅在某一平衡点附近,所以对于这样的系统可以利用非线性控制理论及方法来设计系统的非线性控制器.文章针对某型飞机前起落架气动负载模拟电液伺服系统进行了建模,非线性控制器设计与应用.1加载原理加载采用阀控作动器.运动几何结构图如图1所示图1前

4、起运动几何结构图前起给定的负载谱数据为力矩,所以需要根据运动位置的几何关系进行力与力矩的换算.图1中,B为坐标原点,A,D为活塞杆与摇臂连接点的两个极限运动位置,A位置时摇臂与l,轴夹角为23.,ABD:94.,摇臂长r=180lllnl,设E点为连接点当前位置,坐标为(XE,YE),则E=rsin(ABE一23)YE=rcos(ABE一23)LCE=√(E一966)+(YE+307)BcE=arccos[(r一—L)/(2cEcB)]设活塞杆的作用力为F,则力矩为:F?Lcssin~BCE.液压缸

5、为单出杆,有杆腔接液压源,无杆腔接伺服阀.控制过程中,计算机采集起落架当前角度ABE,查表得到对应力矩,再求出应施加的作用力F,并控制该力.2系统数学模型伺服放大器:j=Jc11,,式中,j为输入电流,Jc为放大系数,11,为控制电压.伺服阀:号=,式中,k.为伺服阀的增益,为阀芯位移量,T为时间常数.伺服阀节流方程:Qf=kf(X0+X)~/P.一PlSn(X0+X)一kf(Xo+X)~/P1Sn(X0一X)收稿日期:2003.09-23作者简介:袁朝辉(1963一),男,安徽舒城人,副教授,在职

6、博士生,主要从事液压伺服控制方面的教学与研究工作.24液压与气动21304年第3期式中,Q为伺服阀的流量(也即流向作动简的流量);kf=CW√lip,C为阀口的流量系数;W为阀口的面积梯度;l0为油液密度;0为阀芯预开口量;为阀芯位移;p为油源压力;p1为负载压差;Sn()=f"0【0≤0作动筒流量方程:?+dpl+CslP1式中,A1为无杆腔活塞作用面积;为作动筒的位移;E为油液弹性模量;Vo为无杆腔及进出口连接管路的总体积;C1为泄漏系数.作动筒力矩平衡方程:AlPl—Asp=Mt+曰警+式中,

7、为运动部分质量;B为黏性阻尼系数;为总连接刚度;R为与起落架运动角度有关的位置扰动.令1=,2:P1,3=t,4=.t,得系统状态方程X=f(X)+g(X)",具体表达式为:1—1[.+.)~fPs-x2S.+一.一.)~-2s.一一一Glx2]X41[12—p一曰4一3+KsXR]可以看出,系统为具有不确定参数R的仿射非线性系统.对于前起落架负载模拟系统,在起落架收放过程中希望系统与起落架之间的作用力F(t)跟踪已知的空气动力负载谱,[(t)].为便于设计非线性控制器,令输出方程Y(t)为:Y(t

8、)=h()=K系统施加在起落架上的力为:F(t)=K(t—R)=K(3一R)=Y(t)一KR可得:Y(t)=F(t)+KR(t)令:Yd(t)=F*[R(t)]+KR(t)因此,只要控制Y(t)保持跟踪输入信号Yd(t),则即保证了F(t)跟踪,(R(t)),即实现了负载模拟系统按预定负载谱对起落架的加载作用.3系统的非线性控制通过计算得:LgL~h(x)=0;Lfh(x)=K4,LgLfh(x)=0;L~h(x)=√,Lg}()=0;L~h(x)=警一篙警,Lg啪㈩