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Vol. 45 No. 4Apr. 2021第45卷第4期2021年4月液压与'动Chinese Hydraulics & Pneumatics doi ： 10.11832//. issn. 1000-4858.2021.04.026直升机电液伺服飞控作动系统设计与实现滕利强，王文山，刘艺宁，余书秀%航空工业庆安集团有限公司，陕西西安710077)摘要：针对当前国内外典型直升机电传飞控作动系统的技术现状，设计了一种基于FPGA 和射流管式伺服阀的电气四余度、液压机械双余度直升机飞控作动系统，并通过仿真分析和工程试验的方法，验证了系统的关键技术和性能指标。
分析和试验结果表明，该系统具有较高的集成度、频响、安全性和可靠性，为我 国直升机电传飞控作动系统领域的技术选择提供了多选项。
关键词：直升机；电传；飞控作动系统；电液伺服系统中图分类号:TH137；V249文献标志码：B 文章编号：1000-4858 (2021 )04-0175-08Desian and Redization of Electro-hydraulic Serve Flight ControlActuation System for HelicopterTENG Li-qiang, WANG Wen-shan, LID Yi-ning, YU Shu-xiu% AVIC QingUn Group Co., Lti., Xiin , Shaanxi 710077)Abstract : In view of the current tchnicdl status of typicl Fly-Do-Wira % FBW) Flight Control Actuation System% FCAS ) of helicopters at home and abroad , a FCAS based on FPGA and ju pipe seev valve with electricol quadruple /dunddcy and hydrg-mechanicol double /dunddcy fgr helicopters is designed , and vvefies the keytechnology and performanco of the system through simulation analysis and enginee/ng test. The analysis and testresults show that the system has high intearation, frequenco response , safety and reliabilito , which providesmultiple options fgr the technicol selection of ChinaU helicopter FBW FCAS.Key words : helicopter, fly-by-wire , flight control actuation system , electro-hydraulic seev system引言随着飞行控制技术的发展，国内外先进直升机的飞行控制系统已普遍采用电传操纵技术，与应用传统 助力机械操纵技术的飞行控制系统相比，采用电传操纵技术的飞行控制系统可极大地改善直升机的飞行品 质，减轻飞行员的操纵负担［1］，并为主动控制技术和综合飞行控制技术的直升机领域应用奠定基础。
非线性系统的建模与控制研究随着科技不断进步，非线性系统建模与控制研究也在不断发展。
非线性系统模型在许多工程和科学领域中具有广泛的应用。
实际上，许多系统自然的现象都是非线性的。
在本文中，我们将探讨非线性系统建模与控制研究的一些方法和技术。
1. 非线性系统的定义在开始讨论非线性系统之前，我们需要了解什么是线性系统。
线性系统可以通过线性组合来表示，这意味着它们拥有各种有用的良好特性，例如相对易于分析和可靠性高。
然而，某些系统并不是线性的，这就是非线性系统。
非线性系统的行为不仅难以分析，而且也不易预测。
例如，一个摆钟的摆动过程即为非线性的。
摆钟的摆动只受到重力和绳索的作用，但这种物理定律已被证明对线性框架并不成立，因此需要更为复杂的分析方法。
2. 非线性系统的建模方法非线性系统模型通常是通过差分方程或微分方程表示的。
这些方程可以通过许多不同的方式来建立，例如物理原理，实验数据或现有的模型。
其中，物理原理是建立模型的主要方法，即利用受到系统作用的物理规律，来建立数学模型。
这种模型的建立过程需要详细的系统知识和数学背景，因此适用于工程和科学研究中的专家。
实验数据是另一个建立非线性系统模型的方法。
这种方法适用于信息有限和复杂的系统。
利用实验数据建立模型的过程为：先收集大量数据，然后将数据转换为数学模型以预测行为。
这种模型建立方法虽然简单，但需要大量的数据，不利于模型改进和扩展。
现有的模型是另一种建立非线性系统模型的方法。
这种方法是从现有的模型中提取信息并改进之前的模型。
此方法适用于复杂的模型，但需要具体的专业背景才能实施。
3. 非线性系统的控制方法与线性系统相比，控制非线性系统要困难得多。
为了控制非线性系统，需要使用不同的方法和策略，以满足系统的性能和可控性要求。
最普遍的控制方法之一是反馈控制。
反馈控制是一种将系统输出转换为输入信号的控制方法。
在非线性系统中，反馈控制可以通过比例积分法（PI控制器）或比例积分微分法（PID控制器）来实现。
数学建模中对非线性动力系统模型的认识和体会真实动力系统几乎总是含有各种各样的非线性因素，诸如机械系统中的间隙、干摩擦，结构系统中的材料弹塑性和黏弹性、构件大变形，控制系统中的元器件饱和特性、控制策略非线性等等。
非线性动力学理论的研究和发展已经经历了一个多世纪，在新世纪之初，为了使非线性动力学理论得到更好的发展，非常有必要回顾一下非线性动力学研究和发展的历史。
非线性动力学理论的发展大致经历了三个阶段。
第一个阶段是从1881年到1920年前后，第二阶段从20世纪20年代到70年代，第三阶段从20世纪70年代至今。
人们对于非线性系统的动力学问题的研究可以追溯到1673年Huygens对单摆大幅摆动非等时性的观察。
第一阶段的主要进展是动力系统的定性理论，其标志性成果是法国科学家Poincare从1881年到1886年期间发表的系列论文“微分方程定义的积分曲线”，俄罗斯科学家Liapunov 从1882年到1892年期间完成的博士论文“运动稳定性通论”，以及美国科学家Birkhoff在1927年出版的著作“动力系统"。
第二阶段的主要进展是提出了一系列求解非线性振动问题的定量方法，代表人物有俄罗斯科学家Krylov、Bogliubov，乌克兰科学家Mitropolsky，美国科学家Nayfeh等等。
他们系统地发展了各种摄动方法和渐近方法，解决了力学和程科学中的许多问题。
在这个阶段中抽象提炼出了若干著名的数学模型，如Duffing方程、vander Pol方程、Mathieu方程等，至今仍被人们用以研究非线性系统动力学现象的本质特征。
从20世纪60~70年代开始，原来独立发展的分岔理论汇入非线性动力学研究的主流当中，混沌现象的发现更为非线性动力学的研究注入了活力，分岔、混沌的研究成为非线性动力学理论新的研究热点。
俄罗斯科学家Arnold和美国科学家Smale等数学家和力学家相继对非线性系统的分岔理论和混沌动力学进行了奠基性和深入的研究，Lorenz和Ueda等物理学家则在实验和数值模拟中获得了重要发现。
非线性动力学系统的建模与分析深入探究非线性动力学系统的建模与分析在科学研究中，许多系统都具有非线性特征，只有对这些系统进行深入的研究和建模，才能更好地了解其规律和特性。
非线性动力学系统的建模与分析，便是其中重要的一个方面。
一、非线性动力学系统的基本概念非线性动力学系统是由一个或多个非线性微分方程组成的系统，其特点在于其响应不随着输入信号呈线性变化。
这种系统一般存在着混沌现象、周期现象或者其他的非线性现象，因此其建模和分析具有很大的挑战性。
二、非线性动力学系统的建模方法1. 全局建模法全局建模法是一种直接把原系统转化为通用数学形式的建模方法，其核心是准确地描述系统的动力学状态，并且建立一个合适的数学模型以描述其动态行为。
2. 基于神经网络的建模法基于神经网络的建模法通过构建一种可以学习的算法，来从实验数据中获取非线性系统的内在结构和动态特征。
3. 非线性滤波法非线性滤波法是以基本的线性和非线性滤波器为基础来建立非线性动力学系统模型的方法。
三、非线性动力学系统的分析方法1. 稳态分析法稳态分析法主要是通过计算系统的稳定点、特征值和特征向量等指标来研究非线性系统的稳定性和性态。
2. 线性化分析法线性化分析法是将非线性系统模型线性化后，研究其内在特征，例如特征值和特征向量。
3. 数值分析法数值分析法是通过计算机模拟和数值解析方法，来研究非线性系统的动态特性和性态。
其中最为常用的方法包括Euler法和Runge-Kutta法等。
四、实例分析以一个简单的非线性动力学系统为例，假设其状态方程如下：$$\begin{cases} \dot{x}=y \\ \dot{y}=-\sin{x}-\cos{y}\end{cases}$$应用数值分析法，我们可以通过Euler法进行模拟仿真。
在t=10时，得出系统的稳定点位于(x,y)=(nπ,nπ/2)，n为整数。
此外，我们还可以通过计算特征值和特征向量等指标，来研究该系统的特性。
电动舵机伺服系统非线性辨识及补偿肖前进;贾宏光;章家保;韩雪峰;席睿【摘要】To improve the tracking accuracy of an electromechanical actuator servo system,the methods to identify and compensate the noninearities of friction and backlash were put forward.The mathematical models based on the LuGre friction and the hysteresis backlash were established for the electromechanical actuator servo system with position loop and speed loop controllers.According to the identified nonlinearity models,the friction was compensated though a feed-forward method,and the backlash was compensated simultaneously though an inverse model as well.The experiments indicate that the maximum position tracking error of system after compensation decreases from 0.166° to 0.096°,and the maximum speed tracking error decreases from 2.723 r/min to 0.393 r/min when the given signal is sine wave with an amplitude of 1° and a frequency of 2.5 Hz.It concluds that the friction and backlash models can be accurately obtained by the proposed identification methods,and the tracking accuracy of the electromechanical actuator servo system can be improved through nonlinearity compensation on the basis of the proposed models.%为提高电动舵机伺服系统的跟踪精度,提出了辨识、测试它的摩擦和间隙非线性及对其进行补偿的方法.针对位置和速度双闭环控制的电动舵机伺服系统,建立了基于LuGre摩擦和迟滞间隙的数学模型；依据模型采用前馈补偿方法对系统中的摩擦进行补偿,同时采用逆模型方法对系统中的间隙进行补偿控制.实验显示,对于幅值为1°,频率为2.5Hz的给定正弦信号,补偿后系统的最大位置跟踪误差由原来的0.166°减小到了0.096°,最大速度跟踪误差由原来的2.723 r/min减小到了0.393 r/min.结果表明,本文提出的辨识测试方法能够精确地获得摩擦和间隙模型,基于该模型的补偿能够有效地提高电动舵机伺服系统的跟踪精度.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2013(021)008【总页数】10页(P2038-2047)【关键词】电动舵机伺服系统;非线性;LuGre摩擦;迟滞间隙;辨识及补偿【作者】肖前进;贾宏光;章家保;韩雪峰;席睿【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100039;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】V421.6;TP2731 引言飞控电动舵机系统是高精度的位置跟踪伺服系统，其性能直接决定着飞行器控制的动态品质。
非线性动态系统的建模与控制随着科技的不断进步，非线性动态系统的研究和应用越来越广泛。
非线性动态系统是指系统的状态发展不仅受到外部输入的影响，还受到系统内部互动的影响。
它具有独特的复杂性和多样性，涉及多个学科领域，如数学、物理、工程等。
建立有效的非线性动态系统模型和控制方法一直是该领域的研究热点和难点。
一、非线性动态系统的建模非线性动态系统的建模是指将一个非线性动态系统通过数学表达式或者实验数据，转化为一个数学模型，用于描述和预测系统的行为。
非线性动态系统建模的难点在于系统本身的复杂性和不确定性。
1.系统的非线性非线性是指系统的行为不能被线性加法或者乘法规律来描述和预测。
非线性动态系统的非线性一般体现在系统内部的非线性耦合关系或者外部的非线性输入。
例如，一个摆在重力场中的单摆系统，其运动方程是一个二阶非线性微分方程，其振动频率受到摆长和重力加速度的影响。
2.系统的复杂性复杂性是指系统的行为表现出多样性、多变性、多层次性和多尺度性。
非线性动态系统的行为不仅取决于系统本身的物理性质和外部特征，还受到随机扰动、内部噪声和不确定性的影响。
例如，气象系统和金融市场都是复杂的非线性动态系统，其行为显示出多种不规则的交互作用和演化规律。
3.系统的不确定性不确定性是指系统的状态和行为不完全可知或者缺乏充分信息。
非线性动态系统的不确定性体现在测量误差、模型误差、参数误差、噪声干扰等方面。
对于这种情况，一般采用概率性建模方法来描述。
二、非线性动态系统的控制非线性动态系统的控制是指通过外部输入或者内部互动，调节系统的状态或者行为，使其按照要求达到所期望的目标。
非线性动态系统的控制策略需要针对具体的系统特征和问题进行设计和实现。
1.反馈控制反馈控制是将系统的输出信号与参考信号进行比较，通过调节输入信号，使输出信号趋近于参考信号。
反馈控制可以实现系统的稳定性和精度控制，但是对于非线性动态系统来说，反馈控制往往会面临系统的不稳定、震荡和不收敛等问题。
非线性控制系统的建模和设计随着科技的不断发展和应用场景的不断扩展，控制系统在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
而非线性控制系统作为一种重要的控制方式，具有很好的应用前景。
本文将围绕着非线性控制系统的建模和设计进行探讨。
一、非线性控制系统的概述非线性控制系统是指根据非线性动力学特性进行构建和控制的系统。
在控制系统中，很多问题都是非线性问题，例如电路中充电和放电、机器人末端执行器运动等。
而非线性控制系统可以更好地解决这些问题，提高系统的控制能力和灵活性。
相比于线性控制系统，非线性控制系统具有以下几个特点：1.非线性控制系统具有较高的复杂性和不确定性；2.非线性控制系统中，各个操作变量之间的关系是复杂的、不确定的；3.非线性控制系统的系统结构较为复杂，需要进行拟合和优化；4.非线性控制系统具有自适应性能和强后扰鲁棒性。
二、非线性控制系统的建模方法1.状态空间法状态空间法是非线性控制系统中最常用的一种建模方法。
它通过描述系统状态的方程来描述系统的动态特性，并通过状态空间矩阵进行描述。
其中，系统状态方程和输出方程分别为：x(k+1)=f(x(k),u(k))y(k)=g(x(k),u(k))2.广义瑞利定理法广义瑞利定理法是非线性控制系统建模的一种常用方法。
它可以对非线性控制系统进行分析和控制，同时还可以为控制系统的仿真和优化提供依据。
其基本思想是利用非线性函数的级数展开式对系统进行分解，然后利用广义瑞利定理将系统的非线性部分进行处理。
3.分段线性化法分段线性化法是一种把非线性系统分解为几个线性片段然后进行线性控制的方法，常用于一些实际控制中存在较大非线性特征的系统。
具体来说，该方法需要将非线性函数进行分段线性化，然后在每一个线性片段上设计控制器。
三、非线性控制系统的设计方法1.基于反馈线性化的控制设计方法反馈线性化是一种常用的控制设计方法，它可将非线性控制系统通过反馈线性化法转化为一类特殊的线性系统，在此基础上实现良好的控制效果。
