本文介绍了一种基于归一化最小均方（NLMS）算法的自适应滤波器和一种转速估计方法，用于检测电静液作动器（EHA）的电气与液压故障。通过仿真和实验验证了上述方法的有效性与可行性。
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本文内容
摘要
摘要
电静液作动器（EHA）由于具有高功率密度和低维护需求，已成为多电飞机（MEA）飞行控制系统中一种前景广阔的作动装置。随着系统复杂性的增加，其可靠性下降，因此故障检测变得愈发重要。本文基于归一化最小均方（NLMS）算法设计了一种自适应滤波器，可在线识别电机绕组电阻，以实现对EHA电气故障的检测。此外，基于转速与位移之间的解析关系，设计了一种转速估计算法。通过将实际转速与估计转速进行比较，可实现对液压故障的检测。为验证上述方法的有效性，采用软件进行了建模与仿真，包括故障注入与检测过程。在此基础上搭建了实验平台，并开展了一系列验证实验。结果表明，该故障检测方法具备检测EHA中电气与液压故障的潜力。
引言
电静液作动器（EHA）是多电飞机（MEA）飞行控制中的关键部件。图1展示了EHA的典型结构。与传统的液压伺服作动器（HSA）相比，其紧凑的结构保证了高功率密度、低维护需求以及更高的容错性和安全性1。然而，当前EHA的可靠性尚无法满足多电飞机的实际应用需求2。因此，冗余技术已被引入EHA的设计中。为了最大限度地发挥冗余技术的有效性，应通过故障检测方法对系统的运行状态进行监测3。根据故障发生的位置，EHA的故障模式可分为伺服控制器故障和动力控制单元（PCU）故障。其中，PCU故障又可进一步分为传感器故障、机电单元故障和液压单元故障。伺服控制器的故障机理与EHA本体关联较小，且传感器的故障概率远低于设备部件4。因此，本文重点研究机电单元和液压单元的故障问题。
机电单元故障包括电机驱动模块故障和无刷直流电机（BLDCM）故障。通常，电力驱动电子设备（PDE）故障（例如短路故障、开路故障）发生的概率相对较高。当发生短路故障时，PDE电流会在短时间内急剧上升，导致电机停机或电气元件损坏等严重后果。尽管在发生开路故障后电机仍可维持工作状态，但其他电气元件仍不可避免地出现过流和过压现象，进而可能引发二次故障5....
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方案
1. EHA 仿真模型的建立
- 在个人电脑上打开模拟软件。
- 构建用于电液伺服作动器（EHA）的仿真模型图2），依据EHA模型的数学方程15，并采用三环PI控制器。封装液压模块（图 2C），电学模块（图2B）和控制器（图2B，D在三个子模型中。
注意：EHA 模型的数学方程如下所示 Eq (1):
(1)
在此方程中， Ue 是电枢的电压， Ke 是电机的反电动势系数， ωm 是电机的转速， L 电枢的等效电感 i 是线圈的电流， R 是绕组的....
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结果
在仿真中，EHA活塞杆在无故障工况下的实际位置与目标位置曲线如图所示。 图7根据该曲线，系统运行正常，具有良好的动态特性。机电故障注入条件下EHA活塞杆的实际位置与目标位置曲线如图所示。 图8根据该曲线，系统无法准确追踪目标。电阻识别算法的结果如图所示。 图9，这些结果表明，在注射前，识别值收敛于0.3的真实值 Ω 并随……波动 ±0.02 Ω，而注射后，测得值收敛至真实值1,000 Ω 并随……波动 ±3 Ω，表明该方法达到了预期效果。液压故障注入条件下EHA活塞杆的实际位置与目标位置曲线如图所示。 图10根据该曲线，系统无法准确跟踪目标。转速估计算法的结果如图所示。 图11曲线表示实际转速、估计转速和转速误差， eω<.......
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讨论
在进行这些实验步骤时，必须确保算法的实时性，以获得准确的计算结果。在信号采集过程中引入白噪声，以模拟实际传感器的特性，从而使仿真更接近实际情况。在仿真和实验中，采用移动平均滤波器来减小识别出的电阻和估计的转速的波动，使故障特征更加稳定且易于判断。实验过程中应注意，若发生突发性通信中断，必须立即切断驱动电源，待通信恢复后方可继续实验。
对于绕组电阻辨识算法，尽管实验结果与仿真结果接近，均在0.3 Ω附近波动，但实验中辨识出的电阻波动程度更大，效果不够理想。其原因为电流采集受到较多干扰。例如，电机换相时，功率器件的开关状态无法瞬时切换，导致采集到的母线电流出现锯齿状波形。电流传感器安装在电机驱动模块附近，受到功率器件开关状态变化所产生的强电磁干扰影响，因此电流传感器所采集数据中的噪声较大。尽管已采用滤波器对数据进行平滑处理，最终结果仍不如仿真理想。因此，在后续研究中，需进一步优化伺服控制器的电磁兼容性设计，并改进滤波器以获得更优的实际效果。
实验在无负载条件下进行，施加的正弦位置指令振幅为 0.01 m，频率为 1 Hz。实际上，.......
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披露
作者声明，他们不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作由中国民用飞机项目（编号：MJ-2017-S49）和中国
博士后科学基金（编号：2021M700331）。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| LabVIEW | NI | NI LabVIEW 2018 | |
| Matlab/SIMULINK | MathWorks.Inc | R2020a | |
| 个人计算机 | 联想 | Y7000 2020H | |
| 24V 开关电源 | ECNKO | S-250-24 | |
| 可编程电流源 | Greens Pai | GDP-50-30 |
参考文献
- Fu, Y., et al. Review on design method of electro-hydrostatic actuator. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics. 43 (10), 1939-1952 (2017).
- Qi, H., et al.
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重印与许可
