电动飞机发展中，航空机电作动PMSM自抗扰控制关键技术综述

随着电气化交通的快速发展，电动飞机作为一种环保且高效的趋势，带动了机电作动器（Electro-mechanical Actuator, EMA）在航空领域的广泛应用，特别是永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）。PMSM以其高转矩密度和高功率密度特性，成为了EMA中的理想选择，特别是在飞机的飞控系统中，其动态性能对于确保飞行稳定性至关重要。 国际上，如欧盟的CleansSky和CleansSky2项目，支持了一系列关于EMA的研究项目，包括西班牙和意大利的机电作动器控制系统开发，以及NASA针对电推进技术和电作动控制器的研究。这些研究不仅展示了各国对电动飞机技术的重视，也推动了相关技术的进步。例如，Rolls-Royce公司的ACCEL计划致力于电气化飞行的加速，而中国航空研究院发布的白皮书则强调了电机驱动控制器在电动飞机中的关键技术地位。 在机电作动系统中，如图1所示，主要包括飞控计算机、作动器控制单元、逆变电源、机械传动装置（如减速器和丝杠），通过闭环控制，PMSM驱动的EMA可以精确地驱动舵面，响应来自飞控计算机的指令。然而，这种系统的自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）面临诸多挑战，如电机非线性特性、外部扰动（如负载变化或环境干扰）、以及系统不确定性等。 ADRC的核心在于设计一个强抗扰反馈控制律，该控制律能够实时观测并抑制扰动，确保系统在动态环境中保持稳定。这涉及到多个控制环路，如位置环、速度环和电流环： 1. 位置环：通过集成位置传感器（如LVDT）的数据，控制器能够实时跟踪电机的实际位置，并根据预定的目标位置进行调整，以抵消外部扰动的影响。 2. 速度环：通过对电机转速的快速响应，确保系统能够在瞬间适应飞行状态的变化，提高动态性能。 3. 电流环：通过控制电机的电磁力，间接影响电机的转速，从而实现对舵面的精确控制。电流环的扰动观测有助于保持电机的稳定工作状态，防止过热等问题。 总结来说，本文主要讨论了PMSM驱动的EMA在航空机电作动系统中的应用及其自抗扰控制技术。通过深入探讨ADRC在PMSM伺服系统中的实现策略，包括各环路的扰动观测与抑制方法，为提升电动飞机的动态性能和可靠性提供了理论基础和技术路径。随着电动飞机的发展，对高效、高动态性能的EMA自抗扰控制研究将继续推动航空领域的技术创新。