AMEsim环境下EHA模型的建立与分析

于黎明 王占林 裘丽华

（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 北京 100083）

摘 要 适应大运飞机以及多电飞机的发展要求，传统的飞机飞行作动系统要发生大的变革，由液压源提供能量基本节流控制的液压作动系统将被大功率的电源供能的电力作动系统取代。作为发展的过渡环节，电静液作动器是当前的研究与应用的热点。本文详细介绍在AMEsim软件环境下EHA的建模与分析。

关键词 电静液作动器 AMEsim 建模 仿真

Abstract : Conventional flight actuation systems will change greatly according to the demands of large transporters and all-electric aircrafts, which employ electrical power supply by replacing central hydraulic power source and

restriction control. Being the development of novel actuaors, Electro-hydrostic actuators attract the research and application on them. Modeling and analysis of EHA under AMEsim software introduces in this paper.

Keywords, Electro-hydrostic actuator, AMEsim, Modeling, Simulation

1 引言

对大型飞机和全电飞机来说，减轻重量是一个关键的课题。由此影响到飞机的飞行作动系统适应多电或全电飞机的发展而需要发生变革。对法国新型的大型运输机A380来说，是首架采用电力能源作为飞控作动系统的第一供能源，取消传统的三套液压回路中的一个，采用2H-2E即双液压能源和双电力能源的能源分布结构。传统的液压作动器由的定压液压源供应能量。以阀控形式调节能量并以能量损失获得高的动态响应，这也是节流控制的特点。以电源供能的作动系统仍然采用液压缸以期获得大的输出力和低速线性运动的能力。而一体化集成式作动器（IAP）的设计思想是泵与电机的结合。有定速马达驱动与负载匹配的变量泵形成闭环控制也有电静液作动器（EHA）的以定量泵变速马达组合来实现闭环的位置控制。

美空军提出的电动作动器计划（Electrically Powered Actuation Design，EPAD），首先发展的是EHA，并完成在C-141、C-130军用运输机的飞行试验，并于1997年开始在F/A-18 SRA飞机上完成了 23.5小时的飞行试验[1,2]。图1示出单作用面EHA系统的典型结构。

EHA作动器本体由电动机、液压泵、液压油箱、检测阀、油滤、释放阀、管道和液压作动器组成。见图3，液压主体并结合补油、过压和模式转换。模式选择阀可以使作动器工作在阻尼模态或是主动模态。

经过30多年的努力，国内外开发了很多液压系统仿真软件，较为著名的有：法国的AMESim, 美国的EASY5, 德国的DSHplus等[3]。本文主要目的是在AMEsim环境下建立如此EHA的模型与初步设计。

温度压力变送器270VDC电源1电力驱动电子(PDE-A)通道1飞控计算机通道2通道3电子控制装置（三通道）1553总线电力驱动电子(PDE-B)电机泵旁通阀阻塞阀1553总线电机转速三余度直线位移传感器泵旁通阀3通道28VDC电源270VDC电源2转速温度压力变送器双串行作动器图1 单作用面EHA系统的典型结构

图2 EHA 能源结构

2 初步分析与设计

2.1 step 1：基本模型，见图3

主要考虑机液工作模式，忽略结构柔性，采用理想的电马达和电器部件。 2.2 改进模型，见图4

Step 2. 液压部件改进模型 考虑补油，溢流过压保护 Step 3:直流马达与驱动

考虑马达的动态特性以及电器部件的性能 Step 4:考虑机械连接部件与安装部件的结构柔性 即作动系统不是理想的刚性连接而是有结构柔度。

图3 EHA的基本模型

图4 带有电力能源动特性、补油、过压保护的EHA改进模型

图5 考虑连接部分与安装部分的结构柔性的模型

3 EHA的性能补偿与控制

Step 1, 首先采用基本的比例控制进行基本特性的验证。然后考虑液压作动系统的特点进行性能补偿。

Step 2, 引入压差反馈的高通滤波器以增加机液主体的阻尼特性。当然同时带来了负载干扰造成的稳态误差的增加。

Step 3 引入压差的低通滤波的正反馈，以补偿外干扰造成的稳态跟踪误差。见图6。

图6 EHA的正压差反馈模型

4 实现数字控制

实现由模拟控制到数字控制的转化即通过采样，量化和充分考虑计算机时耗将原有模型进行数字化处理，见图7。 .

图7 EMA模型数字化处理

最后综合以上模型的建立，形成完整的EHA-AMEsim仿真模型，见图8。

5 总结

1） EHA 作为体积小、频响高、功率密度大，无须完全的液压动力的一体化舵机，将对飞机作动系统有重大改变，其发展有望取消飞机既有电源又有液压源的体系结构即取代分布式液压系统技术，是为全电飞机配套使用。

2） AMEsim软件下建立EHA的模型清晰，细致。建模与控制设计融为一体。是一种非常方便实用的机电液一体化工程设计软件。

参 考 文 献

1 Robert Navarro, Performance of an Electro-Hydrostatic Actuator on the F-18 Systems Research Aircraft[A], NASA/TM-97-206224

2 Stephen C. Jensen, Flight Test Experience With an Electro Mechanica Actuator on the F-18 systems Research Aircraft［A］, NASA/H-2425

3 邓习树 李自光 当前液压系统仿真技术发展现状及趋势 机床与液压2003 No. 1

致谢：本文基于法国国家科学研究院Toulouse INSA的机械系主任Jean charles MARE教授于2006年4月在北航为研究生进行AMEsim软件培训时的讲座。

图8 AMEsim环境下完整的EHA模型