[發明專利]一種基于擴展狀態觀測器的飛機機電作動系統故障檢測方法

有效

• 申請號: 202011437766.8
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112631245B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 楊珍書;沈寶國;毛奇;楊文杰
• 申請（專利權）人: 江蘇航空職業技術學院
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 鎮江京科專利商標代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

1.一種基于擴展狀態觀測器的飛機機電作動系統故障檢測方法，包括以下步驟：

A、飛機機電作動系統非線性模型的建立：基于飛機機電作動系統的作動機理及結構特性，將系統非線性因素和未知輸入干擾轉化為系統的動態模型；

系統電壓方程為：

式中，u_A,u_B,u_C∈R為三相繞組相電壓，i_A,i_B,i_C∈R為三相繞組相電流，R為相電阻，e_A＝K_ew_mf_A(μ),e_B＝K_ew_mf_B(μ),e_C＝K_ew_mf_C(μ)∈R為三相繞組反電動勢，w_m為電機轉子角速度，K_e為電機反電勢系數，f_*(μ)為各相反電動勢的波形函數，且有T_m＝(e_A·i_A+e_B·i_A+e_C·i_A)/w_m；

系統動力學方程為：

式中，T_m為電機輸出轉矩，T_L為負載轉矩，T_f為摩擦轉矩，J為轉動慣量，B為粘滯阻尼系數；

摩擦采用LuGre模型：

式中，z為LuGre內部變量，ω_s為stribeck角速度，σ₀為接觸面間剛毛的平均剛度系數，σ₁為剛毛形變的阻尼系數，σ₂為粘性摩擦系數，T_c、T_s分別為庫倫摩擦力矩、靜摩擦力矩；

則有：

T_f＝T_f^*+ΔT_f (4)

其中，T_f^*＝(σ₁+σ₂)ω_m；

將舵面氣動力等效為慣性負載系統，絲杠的位移產生力使舵面角度發生偏轉，則其中，為舵面負載，ΔT_L為由負載變化引起的輸入干擾：

式中，i為齒輪傳動機構的傳動比，η₁為齒輪傳動機構的傳遞效率，η₂為滾珠絲杠的傳動效率；P_L為滾珠絲杠的導程，ΔF為滾珠絲杠克服負載干擾的驅動力，F_b為滾珠絲杠的軸向工作載荷；

式中，Δx_L為舵面偏轉位移偏差；B_cs為舵面等效阻尼系數；K_d為舵面彈性剛度；為機電作動器的直線輸出位移；

綜上，建立機電作動系統數學模型如下：

上式中

系統的狀態向量x＝[i_A,i_B,i_C,w_m,x_L]^T,控制器u＝[u_A,u_B,u_C,T_L]^T，輸出y為系統BLDCM的角速度w_m，模型復合干擾Δδ＝[0,0,0,ΔT_L,ΔT_f]^T，那么上述數學模型簡寫為如下形式的表達式：

式中，C＝[0,0,0,1,0]

B、基于擴展狀態觀測器的閾值故障檢測方法設計：擴展狀態觀測器生成復合干擾的估計值，實現對復合干擾的估計，對故障誤差的檢測，確保干擾觀測誤差的有界性。