并行独立控制策略下消振电力作动器系统

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29573

Abstract

Abstract:

The traditional vibration damping electric actuator adopts cross-coupling control strategy to realize the servo control of output force. However， there are coupling control items in this control strategy， which affect the rapidity and accuracy of the system response and reduces the vibration reduction efficiency of the actuator. At the same time， the impulse voltage on the Direct Current （DC） bus side cannot meet the requirements of the national military standard， which directly threatens the flight safety of the helicopter. This paper proposes a servo control system for vibration damping electric actuator using the parallel independent control strategy. Firstly， the given output force of the system is decoupled to realize the parallel and independent operation of multi-motors. Secondly， the dominant pole method and maximum sensitivity method are used to design the dynamic and steady-state characteristics and robustness of the system from the perspectives of time domain and frequency domain， respectively. Finally， an experimental platform is set up to compare the control strategies. The unitary experimental data show that the response accuracy of the system is increased by 3.6% and the response time is reduced by 40% when the direction is changed； the response accuracy is increased by 1.5% and the response time is reduced by 31% when the phase is changed； the voltage impact value on the DC bus side is reduced by 8 V. The experimental data verify the effectiveness and advantages of the parallel independent control strategy.

Key words: vibration damping electric actuator, multi-motor synchronous control, parallel independent control strategy, cross-coupling control strategy, impulse voltage

CLC Number:

Zhenyang HAO, Fengting ZHANG, Jian YANG, Xin CAO. Vibration damping electric actuator system based on parallel independent control strategy[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(13): 329573-329573.

Figures/Tables 32

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性能指标	交叉耦合控制	并行独立控制
控制本质	多电机相位差、相位均值闭环控制	单电机绝对位置闭环控制
环路干扰	多电机转子位置耦合，存在环路干扰，电压电流冲击大	多电机独立运行，互不干扰，电压电流冲击小
动态响应性能	环路横跨主控和分控，控制周期长，影响响应快速性和准确性	环路在分控中，动态响应快速性、准确性好
伺服控制难度	位置环给定为阶跃信号，相位差环实现协调控制，控制难度小	位置环给定为斜坡信号，缺少同步性闭环，控制难度大

参数	指标值
额定频率f_N	1（标幺化）
最大输出力F_max	≥1（标幺化）
动态调节时间t_N	≤1（标幺化）

环路	比例系数	积分系数	截止频率/（rad·s^-1）
电流环	0.627	610.86	5 642
转速环	3.87	1 172.2	796

参数	数值
等效反电势V_e/V	19.34
等效电感L/H	4.64×10^-4
制动占空比D	0.9
等效电容C/F	2.46×10^-4
电源等效电阻r/Ω	10
采样延迟T_oi/μs	75
电流反馈系数α	1

性能指标	指标值
阻尼比	0.707
超调量/%	≤5
调节时间/s	≤0.15
稳态误差/%	≤2

Vibration damping electric actuator system based on parallel independent control strategy

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性能指标		完成和提升情况
稳态性能	最大力	性能相当
稳态性能	最小力	输出力波动缩小至耦合控制下的50%
动态性能	变频率	性能相当
	变力幅	力幅波动缩小0.9%
	变方向	响应时间减少40%；响应精度提升3.6%
	变相位	响应时间减少31%；响应精度提升1.5%
电源特性		电压冲击降低8 V（28 V直流供电）

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