CN108431710A - 用于监视机电致动器系统的方法 - Google Patents

用于监视机电致动器系统的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108431710A
CN108431710A CN201680073613.5A CN201680073613A CN108431710A CN 108431710 A CN108431710 A CN 108431710A CN 201680073613 A CN201680073613 A CN 201680073613A CN 108431710 A CN108431710 A CN 108431710A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
inverter
electromagnetic torque
actuator system
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680073613.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108431710B (zh
Inventor
B·曼苏里
A·古亚米尔
J·皮阿顿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saifeng Electronic And Defense Co
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Saifeng Electronic And Defense Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saifeng Electronic And Defense Co filed Critical Saifeng Electronic And Defense Co
Publication of CN108431710A publication Critical patent/CN108431710A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108431710B publication Critical patent/CN108431710B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0028—Force sensors associated with force applying means
    • G01L5/0042—Force sensors associated with force applying means applying a torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/24—Transmitting means
    • B64C13/38—Transmitting means with power amplification
    • B64C13/50—Transmitting means with power amplification using electrical energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/60—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators
    • E05F15/603—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • G05B23/0254—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model based on a quantitative model, e.g. mathematical relationships between inputs and outputs; functions: observer, Kalman filter, residual calculation, Neural Networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/20—Estimation of torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D2045/0085—Devices for aircraft health monitoring, e.g. monitoring flutter or vibration
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/40—Safety devices, e.g. detection of obstructions or end positions
    • E05F15/41—Detection by monitoring transmitted force or torque; Safety couplings with activation dependent upon torque or force, e.g. slip couplings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2400/00—Electronic control; Electrical power; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/10—Electronic control
    • E05Y2400/50—Fault detection
    • E05Y2400/502—Fault detection of components
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2400/00—Electronic control; Electrical power; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/10—Electronic control
    • E05Y2400/50—Fault detection
    • E05Y2400/512—Fault detection of electric power
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/10—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for buildings or parts thereof
    • E05Y2900/13—Type of wing
    • E05Y2900/148—Windows

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种监视机电致动器系统的方法，该方法包括以下步骤：借助于卡尔曼滤波器来估计与逆变器的缺陷相关联的电机电源中的电压降，通过考虑所估计的电压降来至少估计电机的电磁扭矩系数(300)，以及根据电机的电磁扭矩系数来计算电机的电磁扭矩(400)。

Description

用于监视机电致动器系统的方法
本发明涉及一种监视机电致动器系统的方法。
发明的技术背景
在飞行器中，诸如副翼、飞行控制面、或实际上反推器的盖子之类的各种可移动元件与致动器相关联以便能够在中立位置与活动位置之间移动。出于该目的，每个致动器由电机驱动以在两个桥台之间平移移动。通过示例，对于襟翼(flap)而言，第一桥台与该可移动元件的中立位置相关联，而第二桥台与该可移动元件的活动位置相关联。在此类情形下，当电机被加电时，它驱动致动器，该致动器进而移动相关联的可移动元件。
为了检测可移动元件的驱动中的任何故障或老化，监视电机和致动器是恰适的，这通常由与该电机和/或致动器相关联的传感器来进行。
尽管如此，通常围绕电机和/或致动器来安排的传感器并不始终能够获得所有期望测量以供监视驱动的各种电参数和机械参数。例如，此类传感器不可能测量电机的电磁扭矩，即使从中导出在监视该驱动中感兴趣的参数将是可能的。
已经作出了当飞行器在地面上时通过使用外部测量装备来测量电磁扭矩的建议。
尽管如此，要求飞行器在地面上可用达足够长的时间并且是定期地，从而使得能够进行测量并且定期地换新以便考虑电机和致动器中的磨损。
随后已经作出了集成用于感测飞行器中的电磁扭矩的附加传感器的建议。
无论如何，这必然导致成本增加以及还有重量和体积的增加，这是不期望的，尤其是在航空领域。
发明目的
本发明的目的是为了提出一种监视机电致动器系统的避免上述缺陷的方法。
发明简述
为此，本发明提供了一种监视包括至少一个逆变器、由该逆变器供电的电机、以及由该电机驱动的致动器的机电致动器系统的方法，该方法包括以下步骤：
借助于考虑包括由逆变器递送给电机的至少一个电流、逆变器的至少一个控制电压以及电机的输出轴的至少一个旋转速度的操作数据的卡尔曼滤波器来估计与逆变器的缺陷相关联的电机的电源中的电压降；通过考虑所估计的电压降和包括由逆变器递送给电机的电流、逆变器的控制电压连同由逆变器递送给电机的电流的导数、以及电机的输出轴的旋转速度的操作数据来至少估计该电机的电磁扭矩系数；以及
根据电机的电磁扭矩系数以及由逆变器递送给电机的电流所构成的操作数据来计算电机的电磁扭矩。
本发明的方法使得直接通过计算来估计电磁扭矩成为可能，由此使得避免连同机电致动器系统一起携带笨重和昂贵的特定传感器来测量该量级成为可能。根据该电磁扭矩，由此使得可任选地推导出例如诸如电机-致动器组装件的效率、粘滞摩擦系数、以及干摩擦扭矩(这两者都代表电机-致动器组装件内的机械摩擦)之类的各种附加机械参数成为可能。对电磁扭矩的估计有利地考虑与因逆变器的缺陷导致的干扰有关的不确定性，该干扰引起由死周期生成的电压降，并且也导致开关和传导损耗。由此发现对电磁扭矩的估计是相对准确的。
同样，电磁扭矩在操作中直接计算并且因此不需要特定的操纵，在该特定操纵中，携带电磁致动器系统的设备需要被停止服务以便执行此种操纵。
在本申请中，术语“操作数据”被用于表示当机电致动器系统在使用中时采集并被自然加载的数据，其与可能通过出于该目的而故意地将机电致动器系统停止服务获得的数据形成对比，其中该数据随后在故意执行的机电致动器系统的特定操纵期间获得以便获得该数据。在机电致动器系统由飞行器机载的情况下，本发明的方法由此使用操作数据，该数据是在飞行中(例如，在起飞、降落、转弯……期间，其中这些操纵不是被故意执行以便出于从中提取所述数据的目的而加载机电致动器系统)而并非在飞行器在地面上时执行的维护操作期间测量的。
在特定实现中，该方法包括根据电磁扭矩、根据至少包括电机的输出轴的旋转速度的操作数据、以及根据致动器经受的空气动力来估计机电致动器系统的至少一个机械参数的附加步骤。
在特定实现中，机械参数是粘滞摩擦系数和/或动态驱动摩擦扭矩和/或包括电机和致动器的组装件的效率。
在特定实现中，该方法包括形成数据库并用至少对电机的电磁扭矩的估计来填充所述数据库的附加步骤。
在特定实现中，数据库还用除了电机的电磁扭矩以外的电参数和机械参数来填充，至少包括电机的电阻、和/或电机的定子电感、和/或电机-致动器组装件的粘滞摩擦系数、和/或电机-致动器组装件的动态干摩擦扭矩、和/或电机-致动器组装件的直接效率、和/或电机-致动器组装件的间接效率。
从以下本发明的特定实现的描述时会发现本发明的其它特征和优点。
附图简述
本发明可以鉴于以下对于本发明的特定非限定性实施例的描述而被更好地理解。对附图作出引用，在附图中：
图1是在本发明的特定实现中实现该方法的电磁致动器系统的示意图；
图2是示出由图1中示意性示出的系统实现的方法的各种步骤的示图；以及
图3a和3b是分别相对于D轴和Q轴在框架中对图1中示出的系统的电部分进行建模的电路图。
具体实施方式
参照图1和2，本发明的特定实现中的监视方法在该示例中被应用于致动飞行器的副翼A的机电致动器系统1。自然地，该应用并非限定性的并且本发明的方法可在某个其它机电致动器系统(诸如与飞行器的反推器的盖子、襟翼或飞行控制面相关联的机电致动器系统)中实现。
在该示例中，机电致动器系统1包括包含逆变器11和由逆变器11供电的电机12的电部分10。在该示例中，电机12是永磁体同步电机。机电致动器系统1还包括包含电机12连同致动器21的机械部分20，致动器21首先被连接至电机12的输出轴并且其次被连接至副翼A，以便能够移动副翼A。在该示例中，致动器21是线性类型的致动器，并且作为示例，它包括滚珠丝杠式或滚柱丝杠式的起重器。在变型中，致动器可以是旋转式的。在此类情形下，当电机12被加电时，它驱动致动器21，该致动器21进而移动相关联的副翼A。
本发明的方法由此用于以以下详细描述的方式来监视机电致动器系统1。
由于电机12被具有三相AC的逆变器11供电，电部分10在框架(直轴和交轴)中被建模，如图3a和3b中所示。本发明的方法中计算或测得的各种电幅值由此被投影到两相模型的两个主轴上，即D(直)轴和Q(交)轴。在以下的描述中，索引I指代幅值在D轴上的投影，而索引Q指代幅值在q轴上的投影。
为了估计电机12的电源中与逆变器11的故障相关联的电压降，该方法的第一步骤100包括构造如下类型的线性、固定和随机的卡尔曼滤波器：
y(t)＝Cx(t)+Du(t)+v(t) (2)
连续；或者
y(k)＝Cdisx(k)+Ddisu(k)+v(k)
离散。
此种卡尔曼模型对于本领域技术人员是熟知的，并且因此在本文中不详细描述。对于更多信息，可通过示例作出对由P.S.Maybeck的书“随机模型、估计与控制)”，卷141-1，Mathematics in Science and Engineering(科学与工程中的数学)的参照。
为了应用卡尔曼估计器，在框架中针对同步电机12写出以下方程：
其中：VD和VQ是逆变器11被控制以递送称为控制电压(在该示例中，在逆变器11的电流调节器回路中测量)的电源电压；和是因逆变器的缺陷而导致的逆变器电压降；ΔVD和ΔVQ是因与电部分10的各种电参数有关的不确定性而导致的与逆变器电压降有关的不确定性；iD和iQ是由逆变器11传送给电机12的电流(在该示例中，是在电机12中测得的电流)；R是电机12的电阻；LD和LQ是电机12的定子相位的电感；p是电机12的电极对的数量；ω是电机12的输出轴的旋转速度；而Ke是电机12的电磁扭矩系数。
数据iD、iQ、VD和VQ和ω包括当飞行器处于飞行时由传感器测量或者从由计算机传送给逆变器11的命令中恢复的操作数据，该数据或者是实时的，或者被测量/恢复并且随后被存储在(计算机的)存储器中以供随后由本发明的方法使用。在建立用于估计因逆变器缺陷而导致的电压降和的卡尔曼模型之前，给出对以下三种假设的考虑。
在第一种假设中，因逆变器缺陷而导致的电压降和是与随机变量wD(t)和wQ(t)无偏白噪声类型相关联的积分型变量，并且积分型变量具有已知的功率谱密度，即：
在第二种假设中，考虑变量的以下变化使得解耦是可能的：
在第一种假设中，满足所有卡尔曼收敛条件。对于更多信息，可通过示例作出对由P.S.Maybeck的书“Stochastic Models,Estimation and Control(随机模型、估计与控制)”，卷141-1，Mathematics in Science and Engineering(科学与工程中的数学)的参照。
由此，通过以下状态表示给出用于估计因逆变器11的缺陷而导致的电压降和的最终模型：
由此可找到针对两个轴d和q的一般形式(1)和(2)的状态表示，其中：
并且对于输出矩阵：
C＝[R 0],D＝[0].
该方法由此使得沿轴d和沿轴q建立针对机电致动器系统1的两个卡尔曼模型成为可能，即独立处理是恰适的。
对于这两卡尔曼模型而言，常数r、lq和LD以及Ke是理论值。关于这些值的不确定性被认为是外部干扰，该干扰已经在这两个卡尔曼模型中被考虑。作为示例，依赖制造商数据来施加这些值是可能的。同样，例如p从制造商数据是已知的。
一旦已经确立了两个卡尔曼模型，该方法由此包括通过卡尔曼滤波器来确定这两个模型的状态x(t)的第二步骤200。
出于该目的，以上指定的模型在该示例中以离散形式被使用。
使卡尔曼模型进入离散形式并将卡尔曼算法应用于结果所得的离散模型对于本领域技术人员是熟知的并且因此在本文中不详细描述。对于关于使两个卡尔曼模型进入离散形式以及关于卡尔曼算法的递归方程的进一步细节，可通过示例作出对由P.S.Maybeck的书“随机模型、估计与控制)”，卷141-1，Mathematics in Science and Engineering(科学与工程中的数学)的参照。
应用于两个离散卡尔曼模型的已知卡尔曼算法由此使得获得对x(t)的估计并且由此在两个轴d和q上并且由此根据操作数据iD、iQ、vD、vq和ω获得对逆变器的电压降和的估计成为可能。一旦逆变器11的电压降已经被估计，该方法具有估计与机电致动器系统1相关联的各种电参数(至少包括所估计的电机扭矩常数Keest)的第三步骤300。优选地，该方法用于估计其它电参数，即电机12的电阻Rest，以及电机12的电感Lest，应理解在第一步骤中，值r、lD和LQ被设为基于制造商数据选择的标称理论值。
为此，应该想到以上提出的电方程(3)可按以下形式用真实参数被写为：
假设
在该假设的基础上并且从方程(4)的系统中，获得与在该方法中进行并且使用的第n个测量(由逆变器11递送给电机12的电流、控制电压和电机12的输出轴的旋转速度)对应的以下线性方程组(5)：
也可按形式用来写为：
尽管如此，如已经提及的，由机电致动器系统1进行和使用的测量通常被发现是有噪的。为了通过使得考虑对关于测量的这些不确定性来使方程组(5)更为现实，与无偏白噪声对应的向量νn被引入到方程组，由此给出：
其中：
已知在先前步骤200中估计了数据和数据p是已知的(来自制造商数据)，并且数据iD、iQ、vD、vq和ω是测得的数据，仅有待确定参数向量。
在该示例中，该确定是通过随机计算来执行的。更确切地，该确定是通过递归最小二乘算法来执行的，该最小二乘算法使得在使准则εn＝(Yn-Xn)T(Yn-Xn)最小化的同时搜索成为可能。
此种算法对于本领域技术人员是熟知的，并且因此在本文中不详细描述。对于更多细节，可通过示例作出对由P.S.Maybeck的书“随机模型、估计与控制)”，卷141-1，Mathematics in Science and Engineering(科学与工程中的数学)的参照。
由此这使得估计电机的电磁扭矩系数Keest、电机的电阻Rest以及电机的电感Lest成为可能。这使得在所述系统的已知老化关系的基础上以及在这些所估计的参数的基础上监视机电致动器系统1的健康状态，和/或在下次飞机保持在地面上时，可任选地实施预防性维护操作成为可能。
一旦电机的电磁扭矩系数Keest已经被估计，该方法包括根据以下公式来计算电机的电磁扭矩Celec的第四步骤400：
其中ΔiQ是关于电流测量的误差，该误差是有界的。
优选地，该方法包括第五步骤500：估计与机电致动器系统1相关联的多个机械参数(即机械部分20的粘滞摩擦系数Coeff-visc、机械部分20的动态干摩擦扭矩Cf-dry以及机械部分20的直接效率ρdirect(即，当连接至电机的负载抵制电机的输出轴的移动时的效率，这与间接效率ρindirect,形成对比，该间接效率对应于当连接至电机的负载伴随电机的输出轴的移动时的效率，直接效率与间接效率之间的关系由以下给出)：
为此，动力学的基本原理被应用于电机12的输出轴，给出：
其中其中F是使用由致动器21携带的传感器测量的致动器21经受的气动力，而Jmom是由电机12的轴看到的系统的惯性力矩。
以下可被写为：
这留下与在该方法中进行和使用的第n个测量对应的以下线性方程：
(6)，该方程也可按形式Xn＝hnθn来写，其中：
hn＝[-ω(tn) -sign(ω(tn)) -sign(ω(tn))|Cload(tn)|]
尽管如此，如已经提及的，由机电致动器系统1进行和使用的测量通常被发现是有噪的。由于电流测量误差ΔiQ，仍存在关于电机的电磁扭矩Celec的不确定性。为了使方程(6)更现实，方程(6)被修改以使它考虑该不确定性。在该示例中，关于电机的电磁扭矩Celec的不确定性由已知功率谱密度的中心白噪声νn来表达：
由此获得以下方程：
其中：
hn＝[-ω(tn) -sign(ω(tn)) -sign(ω(tn))|Cload(tn)|]
在该示例中，角加速度从角速度ω中计算，但是在变型中，它可在电机12处测量。同样，已知在第一步骤300中估计了数据Ke，数据Jmom和pitchscrew是已知的，并且数据ω、iQ、F是测得的操作数据，仅有待确定参数向量
在该示例中，该确定是通过随机计算来执行的。更确切地，该确定是通过递归最小二乘算法来执行的，该最小二乘算法使得在使准则εn＝(Yn-Xn)T(Yn-Xn)最小化的同时搜索θn成为可能。
此外，应该想到，算法需要考虑以下事实：先前的方程仅在电机12的旋转速度不为零时才适用。在此类情况下，当电机12的旋转速度在绝对值上大于被定义为任意接近零的某个阈值时，算法中估计的参数被“冻结”在最新近值。优选地，压力被调整从而随着卡尔曼滤波器的准确度变得更大而尽可能接近零。
考虑P是估计误差εn的自相关矩阵而Rν是噪声νn的协方差矩阵，算法被如下写为：
如果ω(n)<阈值或者如果-阈值<ω(n)，则
Kn＝Kn-1
Pn＝Pn-1
否则
如果n＝1(初始条件)，则
否则
这由此使得能够估计粘滞摩擦系数Coeff-visc、动态干摩擦扭矩Cf_dry和直接效率ρdirect。这使得根据针对所述系统的已知老化关系和针对所估计的参数来监视机电致动器系统1的健康状态成为可能。通过示例，由此估计机电致动器系统1的老化和/或在下次飞行器保持在地面上时可任选地采取预防性维护操作是可能的。
上述方法由此使得估计适合用于监视机电致动器系统1的健康状态的各种电参数和机械参数成为可能。如以上所提及的，该方法在飞行器的实际飞行期间而非在专用于估计这些参数的操纵期间或者当飞行器停用时实现。
该方法由此可在需要操作机电致动器系统1的飞行器操纵期间，或者实际上在已经采取了该操纵之后被直接执行，其中执行该方法所需的各种测量先前在操纵期间已被记录，从而它们可被该方法回顾性地使用。
由本发明的方法获得的数据由此使得实现用于监视机电致动器系统1并对其采取动作的各种策略成为可能。例如，该方法可包括形成由针对随时间并且在飞行器的不同飞行上估计的电参数和机械参数的各种值构成的数据库的附加步骤。该数据库由此使得确定系统的各种电参数和机械参数如何随时间变化成为可能。数据库还可被用于促成监视其它机电致动器系统。
自然，本发明不限于所描述的实现，并可提供变型实现而不会脱离权利要求所定义的本发明的范围。

Claims (5)

1.一种监视包括至少一个逆变器(11)、由所述逆变器供电的电机(12)、以及由所述电机驱动的致动器(21)的机电致动器系统(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
借助于考虑包括由所述逆变器递送给所述电机的至少一个电流、所述逆变器的至少一个控制电压以及所述电机的输出轴的至少一个旋转速度的操作数据的卡尔曼滤波器来估计与所述逆变器的缺陷相关联的所述电机的电源中的电压降(100，200)；
通过考虑所估计的电压降和包括由所述逆变器递送给所述电机的电流、所述逆变器的控制电压、由所述逆变器递送给所述电机的所述电流的导数、以及所述电机的输出轴的旋转速度的所述操作数据来至少估计所述电机的电磁扭矩系数(300)；以及
根据所述电机的所述电磁扭矩系数以及由所述逆变器递送给所述电机的电流所构成的所述操作数据来计算所述电机的电磁扭矩(400)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在估计所述电机的所述电磁扭矩系数同时，所述机电致动器系统(1)的其它电参数也被估计。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，被估计的所述其它电参数是所述电机的电阻和所述电机的电感。
4.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括根据所述电磁扭矩、根据至少包括所述电机的所述输出轴的所述旋转速度的操作数据、以及根据所述致动器(21)经受的空气动力来估计所述机电致动器系统(1)的至少一个机械参数的附加步骤(500)。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述机械参数是粘滞摩擦系数和/或动态驱动摩擦扭矩和/或包括所述电机和所述致动器的组装件的效率。
CN201680073613.5A 2015-12-15 2016-12-01 用于监视机电致动器系统的方法 Active CN108431710B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1562370 2015-12-15
FR1562370A FR3045171B1 (fr) 2015-12-15 2015-12-15 Procede de surveillance d'un systeme d'actionnement electromecanique
PCT/EP2016/079472 WO2017102362A1 (fr) 2015-12-15 2016-12-01 Procédé de surveillance d'un système d'actionnement électromécanique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108431710A true CN108431710A (zh) 2018-08-21
CN108431710B CN108431710B (zh) 2020-02-18

Family

ID=55646732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680073613.5A Active CN108431710B (zh) 2015-12-15 2016-12-01 用于监视机电致动器系统的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10451502B2 (zh)
EP (1) EP3391161B1 (zh)
JP (1) JP6649487B2 (zh)
CN (1) CN108431710B (zh)
BR (1) BR112018011429B1 (zh)
FR (1) FR3045171B1 (zh)
RU (1) RU2670848C9 (zh)
WO (1) WO2017102362A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112781763A (zh) * 2020-12-28 2021-05-11 湖北理工学院 一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3045171B1 (fr) * 2015-12-15 2017-12-15 Sagem Defense Securite Procede de surveillance d'un systeme d'actionnement electromecanique

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101964624A (zh) * 2010-10-15 2011-02-02 浙江工业大学 永磁同步电机的无传感器控制系统
CN104776135A (zh) * 2014-01-10 2015-07-15 梅西耶-布加蒂-道提公司 用于监视闭锁元件的方法以及机电致动器
CN104816717A (zh) * 2014-01-31 2015-08-05 梅西耶-布加蒂-道提公司 用于监视至少两个机电制动执行器的方法
US20160291586A1 (en) * 2013-11-19 2016-10-06 Thales Critical system and associated monitoring method

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0175154B1 (en) * 1984-08-21 1991-11-06 Hitachi, Ltd. Method of controlling inverter-driven induction motor
JP2001255220A (ja) * 2000-03-08 2001-09-21 Yokogawa Electric Corp 負荷トルク測定装置
JP3755424B2 (ja) * 2001-05-31 2006-03-15 トヨタ自動車株式会社 交流電動機の駆動制御装置
US7576506B2 (en) * 2001-12-11 2009-08-18 Delphi Technologies, Inc. Feedforward parameter estimation for electric machines
US7166982B2 (en) * 2003-10-15 2007-01-23 International Rectifier Corporation Hardware based configurable motion control apparatus and method
JP5156352B2 (ja) * 2007-11-30 2013-03-06 株式会社日立製作所 交流モータの制御装置
JP5228578B2 (ja) * 2008-03-31 2013-07-03 株式会社ジェイテクト モータ制御装置および電動パワーステアリング装置
FR2934430B1 (fr) * 2008-07-23 2010-08-27 Sagem Defense Securite Ensemble d'actionneurs et d'un systeme d'alimentation electrique a partir d'un reseau
JP2012206696A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd アクチュエータ監視システム
JP5518036B2 (ja) * 2011-05-23 2014-06-11 三菱電機株式会社 ブラシレスｄｃモータおよび換気送風機
KR20150080063A (ko) * 2013-12-30 2015-07-09 주식회사 효성 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치
JP5888567B2 (ja) * 2014-02-12 2016-03-22 株式会社デンソー 交流電動機の制御装置
US10003285B2 (en) * 2014-06-23 2018-06-19 Steering Solutions Ip Holding Corporation Decoupling current control utilizing direct plant modification in electric power steering system
FR3045171B1 (fr) * 2015-12-15 2017-12-15 Sagem Defense Securite Procede de surveillance d'un systeme d'actionnement electromecanique

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101964624A (zh) * 2010-10-15 2011-02-02 浙江工业大学 永磁同步电机的无传感器控制系统
US20160291586A1 (en) * 2013-11-19 2016-10-06 Thales Critical system and associated monitoring method
CN104776135A (zh) * 2014-01-10 2015-07-15 梅西耶-布加蒂-道提公司 用于监视闭锁元件的方法以及机电致动器
CN104816717A (zh) * 2014-01-31 2015-08-05 梅西耶-布加蒂-道提公司 用于监视至少两个机电制动执行器的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112781763A (zh) * 2020-12-28 2021-05-11 湖北理工学院 一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法
CN112781763B (zh) * 2020-12-28 2022-02-01 湖北理工学院 一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2670848C9 (ru) 2018-11-30
CN108431710B (zh) 2020-02-18
BR112018011429B1 (pt) 2022-12-06
JP2019507566A (ja) 2019-03-14
FR3045171B1 (fr) 2017-12-15
EP3391161B1 (fr) 2019-10-09
US20190107451A1 (en) 2019-04-11
US10451502B2 (en) 2019-10-22
JP6649487B2 (ja) 2020-02-19
BR112018011429A2 (pt) 2018-11-27
EP3391161A1 (fr) 2018-10-24
WO2017102362A1 (fr) 2017-06-22
RU2670848C1 (ru) 2018-10-25
FR3045171A1 (fr) 2017-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104639003B (zh) 一种交流伺服系统的转动惯量辨识方法
CN110036298B (zh) 借助多旋翼飞行器的风测量
CN102654431B (zh) 具有机械模拟和电惯量模拟结合的制动器试验台
CN104724293A (zh) 控制用于驱动飞行器轮的转动的电马达的方法
Szafranski et al. Modeling and identification of electric propulsion system for multirotor unmanned aerial vehicle design
CN103612772B (zh) 一种飞机刹车系统动态载荷谱联试方法
CN101603997A (zh) 同步电机参数测试方法及实现该方法的装置
CN105676853A (zh) 一种无人机中立位置自动调整的飞行控制方法
CN108431710A (zh) 用于监视机电致动器系统的方法
Condomines et al. Experimental wind field estimation and aircraft identification
CN104062054B (zh) 一种动量轮低转速贫信息条件下的力矩测量方法
CN106672717A (zh) 电梯载荷转矩电流校正方法及装置和电梯控制方法
CN103345158B (zh) 通风盘式制动器试验台及其电惯量模拟控制方法
Bole et al. SIL/HIL replication of electric aircraft powertrain dynamics and inner-loop control for V&V of system health management routines
CN107577221B (zh) 车辆驱动电机或发动机的牵引/制动控制系统测试装置及方法
Wu et al. Systematic modeling of rotor-driving dynamics for small unmanned aerial vehicles
KR101121474B1 (ko) Ｄｃ 서보모터 시스템의 관성모멘트와 마찰계수를 구하는 방법
EP3272601B1 (en) Arrangement and method for clamping force estimation in electromechanical brake systems
BR112017023790B1 (pt) método para monitorar um motor de aeronave em operação durante um voo, equipamento para monitorar um motor de aeronave em operação durante um voo, sistema, produto de programa de computador e meio de armazenamento legível
CA2940974C (en) Machine loss modeling for improved field oriented control accuracy
CN105337547A (zh) 异步电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识方法
CN102317194B (zh) 电梯的门控制装置
Zhihui et al. Modeling and simulation of switched reluctance machine based aircraft electric brake system by BP neural network
CN104038132A (zh) 一种具有时变测量延迟输出和噪声的伺服电机的状态观测方法
CN103364181B (zh) 电惯量模拟制动器试验台及电惯量模拟控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant