[发明专利]一种针对全电刹车系统机电作动器的最优自抗扰控制方法

说明书

本发明公开了一种针对全电刹车系统机电作动器的最优自抗扰控制方法，本方法是基于有限时间观测器的最优自抗扰方法；首先建立机电作动器EMA系统的数学模型，并将负载变化、参数不确定性以及未建模动态归结为EMA系统的集总扰动项；再将系统集总扰动的扩展变量构成扩展系统；再设计有限时间观测器对系统集总扰动进行估计，并基于线性自抗扰控制理论设计状态反馈控制器；接下来依据理想的控制性能构造系统的目标函数；最后对刹车压力进行预测，求解控制输入量的参考值，并最小化目标函数，求解当前状态反馈控制器对应的最优控制增益。本发明提出的最优自抗扰控制方法可以根据定义的目标函数自动计算控制增益，在较宽的工作范围内均能保持最优控制性能。

技术领域

本发明属于航空制动技术领域，具体涉及一种机电作动器的最优自抗扰控制方法。

背景技术

在飞机起飞和着陆的过程中，飞机刹车系统起着保障安全的重要作用。随着航空技术的发展，飞机刹车系统可分为液压作动系统、电静液作动系统和机电作动系统。液压和电静液作动系统均采用液压管道提供刹车压力，体积大、维护性差，存在油液泄漏的风险。机电作动系统采用机电作动器(Electromechanical Actuator,EMA)产生刹车压力，避免了油液泄露的风险，可靠性有较大提高，同时降低了体积和重量。因此，机电作动系统是飞机刹车系统的重要发展方向，实现机电作动器的高精度压力伺服控制，有助于提高刹车效率，降低机轮打滑次数，缩短滑跑距离。

EMA由无刷直流电机与机械传动装置构成，属于电气学科与机械力学的交叉领域，因此EMA自身结构的复杂度对控制策略提出了更高的要求。电机内部的高频电磁干扰、负载转矩变化以及机械结构中的齿隙、摩擦等因素具有强耦合性、强非线性的特点，这些非线性因素都会严重影响EMA的动态性能，如何对这些非线性因素进行辨识与补偿是目前的研究热点。

R.Salloum等人在文献1“R.Salloum,B.Moaveni and M.R.Arvan,Robustposition control design for an electromechanical actuator with time delay,2014 22nd Iranian Conference on Electrical Engineering(ICEE),2014,pp.1227-1232.”基于H∞理论，设计了考虑时滞的EMA位置伺服控制方法，仿真结果表明该方法具有较好的动态特性，但该方法需要预先使用大量试验数据对EMA齿隙等进行参数辨识，模型与实际系统存在偏差，并且不具备普适性。

Z.Yong等人在文献2“Y.Zhou,H.Zhou,J.Lou and Q.Jiang,EMA Servo ControlSystem Based on PMSM,2020 Chinese Control and Decision Conference(CCDC),2020,pp.155-160.”针对机电作动系统提出了模糊PID方法。然而该方法只针对无刷直流电机设计了位置控制器，没有考虑存在较大延迟以及摩擦的机械传动结构，难以达到理想的控制精度。

C.Liu等人在文献3“C.Liu,G.Luo,X.Duan,Z.Chen,Z.Zhang and C.Qiu,Adaptive LADRC-Based Disturbance Rejection Method for Electromechanical ServoSystem,in IEEE Transactions on Industry Applications,vol.56,no.1,pp.876-889,Jan.-Feb.2020.”提出了一种自适应的线性自抗扰控制方法，然而控制器参数的自适应过程主要依据实际经验，理论依据不足，自适应方法的引入也额外增加了计算负担。

发明内容