Articolo metodologico

Progettazione e applicazione di un metodo di rilevamento guasti basato su filtri adattivi e stima della velocità di rotazione per un attuatore elettro-idrostatico

DOI:

10.3791/63575

⸱

28 ottobre 2022

 ,  ,  ,  ,  , 
1School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, 2Laboratory of Aerospace Servo Actuation and Transmission, Beihang University, 3AVIC Chengdu Aircraft Design & Research Institute, 4Research Institute for Frontier Science, Beihang University

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In questo articolo, un filtro adattivo basato su un algoritmo NLMS (Least Mean Square) normalizzato e un metodo di stima della velocità di rotazione sono introdotti per rilevare i guasti elettrici e idraulici dell'attuatore elettro-idrostatico (EHA). L'efficacia e la fattibilità dei suddetti metodi sono verificate attraverso simulazioni ed esperimenti.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'attuatore elettro-idrostatico (EHA) è un promettente apparato di azionamento utilizzato nei sistemi di controllo di volo per aeromobili più elettrici (MEA) grazie alla sua elevata densità di potenza e alla bassa manutenzione. Poiché l'affidabilità del sistema diminuisce con l'aumentare della complessità, il rilevamento dei guasti sta diventando sempre più importante. In questo documento, è stato progettato un filtro adattivo basato su un algoritmo NLMS (Least Mean Square) normalizzato, che potrebbe identificare la resistenza degli avvolgimenti del motore online per rilevare guasti elettrici nell'EHA. Inoltre, sulla base della relazione analitica tra velocità di rotazione e spostamento, è stato progettato un metodo di stima della velocità di rotazione. Confrontando la velocità di rotazione effettiva con quella stimata, è stato possibile rilevare guasti idraulici. Per verificare l'efficacia del suddetto metodo, è stato applicato un software per la modellazione e le simulazioni, che includevano l'iniezione e il rilevamento dei guasti. Su questa base è stata costruita una piattaforma sperimentale e poi sottoposta ad una serie di esperimenti di validazione. I risultati indicano che il metodo di rilevamento dei guasti ha il potenziale per rilevare guasti elettrici e idraulici in un EHA.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'attuatore elettro-idrostatico (EHA) è un componente chiave per il controllo del volo in più aeromobili elettrici (MEA). La struttura tipica di un EHA è illustrata nella Figura 1. La sua struttura compatta garantisce un'elevata densità di potenza, una bassa manutenzione e una maggiore tolleranza ai guasti e sicurezza rispetto al servoattuatore idraulico tradizionale (HSA)1. Tuttavia, l'attuale affidabilità dell'EHA non può soddisfare i requisiti pratici di più aeromobili elettrici2. Di conseguenza, la tecnologia di ridondanza è stata introdotta nella progettazione dell'EHA. Per massimizzare....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Definizione del modello di simulazione EHA

  1. Aprire il software di simulazione su un PC.
  2. Costruire il modello di simulazione per l'EHA (Figura 2), secondo le equazioni matematiche del modello EHA15, e condurre un PI a tre loop come controller. Incapsulare il modulo idraulico (Figura 2C), il modulo elettrico (Figura 2B) e il controller (Figura 2B, D) in tre sottomodelli.
    NOTA: Le equazioni matematiche del modello EHA sono le seguenti in Eq (1):

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nella simulazione, la posizione effettiva e la curva di posizione target dello stelo del pistone EHA nella condizione di assenza di guasto sono mostrate nella Figura 7. Secondo la curva, il sistema funzionava normalmente, con buone caratteristiche dinamiche. La posizione effettiva e la curva di posizione target dello stelo del pistone EHA nella condizione di iniezione elettromeccanica del guasto sono mostrate nella Figura 8. Secondo la curva, il sistema non è st.......

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Quando si conducono queste fasi sperimentali, era importante garantire la capacità in tempo reale dell'algoritmo al fine di ottenere risultati di calcolo accurati. Il rumore bianco nel processo di acquisizione del segnale è stato adottato per simulare le caratteristiche del sensore reale al fine di rendere la simulazione più vicina alla realtà. Nelle simulazioni e negli esperimenti, sono stati applicati filtri a media mobile per ridurre la fluttuazione della resistenza identificata e la velocità di rotazione stimata, il .......

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti noti o relazioni personali che potrebbero influenzare il lavoro riportato in questo articolo.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo lavoro è stato supportato dal Chinese Civil Aircraft Project (No. MJ-2017-S49) e dalla Cina

Fondazione scientifica post-dottorato (n. 2021M700331).

....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
LabVIEWNILabVIEW 2018
Matlab/SIMULINKMathWorks.IncR2020a
Personal ComputerLenovoY7000 2020H
24V Alimentatore switchingECNKOS-250-24
Sorgente di corrente programmabileVerdi PaiGDP-50-30

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Qi, H., et al.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi permesso

Tag

Electro Hydrostatic ActuatorFault DetectionAdaptive FiltersRotational Speed EstimationNLMS AlgorithmResistance IdentificationHydraulic Fault DetectionSimulation ModelingExperimental ValidationServo Controller

Articoli correlati