题目：新型电动静液作动器设计与控制方法研究

为了实现未来飞机高机动性、超高速及高效率的性能指标，飞机操纵系统正在朝高压化、大功率、智能化、集成化、多余度等方向发展。而目前广泛使用的液压作动系统难以满足要求，存在总重量偏大，受攻击面积大，能量效率不高，可靠性和维护性低的缺点。液压作动系统已成为飞行控制系统的薄弱环节。随着材料技术，电机技术，电力控制技术，先进制造技术的进步，未来飞机有可能部分或完全取消液压作动系统，而采用新型的功率电传作动器，如电动静液作动器和机电作动器等。其中，电动静液作动器更适于大负载，大功率，高精度的应用场合，获得了优先发展。 电动静液作动器是电气、液压和机械元部件高度集成的一体化作动器。通过调节伺服电机转速或液压泵排量，改变系统压力和流量，进而控制液压缸作动。但是由于电机和泵自身惯量较大，电动静液作动器的响应速度、频宽及定位刚度等指标目前落后于传统的阀控液压作动器。此外，由于电动静液作动器的系统阶数较高，其控制性能易受模型误差和参数不确定性的影响。针对这些问题，本文从系统结构和控制方法等方面，对电动静液作动器展开研究。 改进了电液伺服系统的建模方法，建立了电气、液压和机械元部件的多学科框图模型库，开发了电液伺服系统仿真工具箱。基于仿真工具箱搭建的电动静液作动器模型，充分考虑了节流效应、摩擦、结构弹性等因素对系统的影响，具有较高的可信度。面向物理对象的图形化建模方式，有利于继承和扩展已有成果，为后续研究奠定了基础。 分析了飞行作动系统的任务需求，得出了电动静液作动器的设计原则：低频工况优先效率，高频工况优先快速性。提出了一种基于能量调节的新型电动静液作动器：通过受控蓄能器平衡飞行任务期间的系统能量，较好地解决了能量效率与动态性能之间的矛盾；利用液压锁保持输出位置，提高了系统的稳态刚度。讨论了能量调节器的优化原则，提出了转移体积的评价指标。仿真结果表明，新结构可以有效扩展系统频宽，改善动态性能。 设计了基于能量调节的电动静液作动器的完整控制方案。针对能量调节器子系统，引入反馈线性化和ITAE最优控制理论，消除了阀控蓄能器的流量非线性，提高了跟踪速度和精度；针对电机-泵子系统，采用干扰观测器进行控制量补偿，在保证稳定性的前提下，抑制了各种外干扰和参数小范围变化对系统的影响。仿真及试验结果证明了该复合控制方案的有效性。 对于电动静液作动器等复杂电液伺服系统而言，控制器参数通常较多，还有可能互相耦合，导致参数整定的难度增大。此外，被控对象本身的不确定性和模型误差也会对控制性能造成影响，因此要求控制器具有一定的自学习和自优化能力。以神经网络技术为代表的智能控制方法虽然可以在一定程度上解决此类问题，但是存在稳定性、快速性等方面的缺陷。本文提出了一种融合非线性控制器、动态系统辨识技术与全局优化算法的在线辨识寻优控制方案。该方案具有双层工作结构：实际控制层采用基于跟踪-微分器的非线性PID控制器进行闭环控制，并有一个基于Elman神经网络的动态系统辨识器；参数优化层借助全局优化算法和虚拟闭环系统，对控制器参数进行实时优化。若满足一定的判别条件，则将优化得到的控制参数代入实际控制器。这种控制过程与优化过程相对独立的工作机制，保证了实际系统的稳定性以及对误差的快速响应能力，降低了测量干扰和模型误差对系统的影响。随着工作时间增加，系统性能将逐渐趋于最优。