Electromechanical actuator transmission clearance parameter identification and the adaptive controller design

Electromechanical actuators (EMA) have a wide range of applications in the aerospace industry with their performance are gradually approaching the traditional hydraulic actuators (HA) and electro-hydrostatic actuators (EHA). However, EMA is a kind of system with strong nonlinearity and is serious interference in the working environment. In order to achieve the ideal control speed and accuracy, the adaptive control of the system is often studied, and the adaptive control method is based on the accurate model. Based on the Boeing 737-NG (Next Generation) passenger aircraft horizontal stabilizer trimming control system, this paper studies the EMA of the horizontal stabilizer system of large aircraft. With the establishment of a more accurate mechanism model, the mechanical clearance existing in the transmission mechanism is modeled, and the model-based parameter identification method is used to identify the clearance amplitude to improve the mathematical and the simulation model. In addition, an adaptive robust controller is designed to reduce or eliminate the influence of the transmission clearance on an EMA. In this paper, through the simulation verification of the EMA clearance containing Simulink model and the experimental verification of the actual physical simulation platform, the research on the clearance supplements the deficiencies of the traditional EMA model without the clearance and proves that the research of model, parameter identification and the adaptive robust control method based on the identification result are of great significance for improving the EMA control index.

Gli attuatori elettromeccanici (EMA) trovano una vasta gamma di applicazioni nell'industria aerospaziale, grazie alle loro prestazioni che si stanno gradualmente avvicinando a quelle dei tradizionali attuatori idraulici (HA) ed elettro-idrostatici (EHA). Tuttavia, l'EMA è un tipo di sistema caratterizzato dalla presenza di forte non linearità. Per raggiungere valori ideali di velocità e accuratezza, si utilizza spesso il controllo adattativo, che richiede un modello accurato del sistema. Alla luce di questo problema, la presente tesi propone uno studio dell'EMA nel sistema di stabilizzatori orizzontali per aeromobili di grandi dimensioni, assumendo come riferimento il sistema di controllo dell’assetto orizzontale per il Boeing 737-NG (Next Generation). Con lo sviluppo di un modello meccanico accurato, viene adeguatamente rappresentato il gioco meccanico (clearance) esistente nel meccanismo di trasmissione, e viene utilizzato un metodo di identificazione dei parametri model-based per identificarne l'ampiezza di spazio ottimale. Inoltre, un controller robusto di tipo adattativo è progettato per ridurre o eliminare l'influenza della clearance di trasmissione su un EMA. Attraverso la verifica mediante simulazione con modello Simulink, e la verifica sperimentale mediante piattaforma di simulazione fisica, la ricerca proposta supera le carenze del modello EMA tradizionale privo di clearance. Lo sviluppo di un tal modello avanzato, l'identificazione dei parametri e il metodo di controllo robusto adattativo si dimostrano di grande importanza per migliorare l'indice di controllo EMA.