机载泵源系统的恒功率H∞镇定控制策略

以机载泵源系统的恒功率控制为目标,针对作业任务中系统负载随时间变化的情况,采用使液压系统输出功率保持恒定的控制方式来达到充分利用发动机功率的目的. 对于机载泵源控制系统的主要被控对象——轴向柱塞式变量泵,建立了其状态方程和流量输出方程,采用 H_∞ 鲁棒镇定控制策略实时调节泵的排量.仿真结果表明:当负载变化时,系统能根据压力的变化快速转换到恒功率工作曲线下对应的流量状态,所设计的 H_∞ 控制器能够减小干扰和模型参数不确定对系统稳定性的影响,具有良好的鲁棒性.表明该方法用于机载液压系统可以改善系统工作性能,提高系统功率的利用率.     

机载智能泵源系统的总体方案

高压化、大功率等是机载液压系统的主要发展趋势.基于传统的机载恒压变量泵源系统,机载液压系统的高压化、大功率必然要带来系统无效功率的增加,从而导致系统温度急剧升高,这是未来飞机发展的一个难题,高压变流量变压力智能泵源系统是解决此问题的最佳途径.提出了一种高压变流量变压力机载智能泵源系统的总体方案.采用微机对泵源系统进行主动控制.该系统具有流量、压力、功率和综合4种工作方式,同时,该系统还具有故障工作方式和一定的状态监测功能.     

航空柱塞泵全工况效率分析及热力学建模

针对航空柱塞泵全工况热力学建模问题,在泵功率损失分析和传热分析的基础上建立了柱塞泵的热力学模型.考虑负载压力、输入转速、斜盘倾角和油液粘度影响,得到了泵功率损失模型.对泵传热进行了详细分析,采用控制体温度变化方程建立了描述泵各部分温度变化的热力学模型.对包含柱塞泵的简单液压系统采用Dymola进行了仿真计算,得到了不同输入转速和负载压力下泵效率及功率损失,分析比较了不同输入转速和供油流量下泵各部分温升情况.结果表明:泵效率及功率损失受输入转速和负载压力影响,在不同输入转速和供油流量下泵表现出不同的温升特性.     

机载智能泵源系统的开发研制

针对飞机高压、大功率所带来的节流损失急剧增加的问题,提出了一种根据飞机工作任务设定工作模式和输入给定量的智能泵源系统. 其控制与管理实际上是一个递阶计算机控制系统,上位机(机载公共设备管理计算机)负责根据飞行任务选择泵的工作模式和输入量设定(必要时还可以包括控制律的选择和控制参数的设定),下位机负责现场控制律的实现、控制量输出和数据采集等工作. 研制了智能泵的微控制器和原理样机. 所构成的智能泵源系统可以根据飞行任务需要选择工作模式并自动设定相应的输入量(压力、流量或负载敏感压差),实现对功率利用情况的有效管理,从而有效抑制系统的温升并提高飞机的机动性和生存能力.      

弹载变转速定量泵高动态压力控制特性分析

传统弹载电液伺服系统的液压能源采用有刷直流电机驱动恒压变量泵的方式,泵源压力在导弹飞行过程中设定值恒定,但在平飞段过程长、负载小,对能源压力需求低,造成弹上能源总利用率不高的问题,提出无刷直流电机驱动小排量液压泵的压力控制泵源的设计,在低气动负载阶段适当降低系统压力,进而降低节流损失与泄漏量,提高能量利用率。分析了变转速定量泵的流量压力特性曲线,通过建立基于变转速压力控制泵源的位置电液伺服系统数学模型与仿真模型,分析了变转速定量泵压力控制系统在典型工况下的位置跟踪、系统压力变化与能量利用效率,验证了压力控制系统能够在导弹平飞段保证位置伺服系统跟踪正常的前提下,能有效提高系统效率,证明了变转速定量泵压力控制系统的有效性与可行性。     

基于AMEsim的双压力柱塞泵的 数字建模与热分析

利用AMESim仿真软件对双压力液压系统进行了建模与仿真.建立了轴向柱塞泵运动方程、流量方程和配油盘的仿真模型,进行了相应的仿真计算.建立了双压力泵控制阀的仿真模型,着重分析了双压泵在高、低2种压力下的流量特性和压力切换时的动态特性.建立了一套完整的液压系统,分析比较了恒压变量泵液压系统和双压力液压系统在相同负载、散热环境和运行时间下的温升情况.结果表明双压力泵的动态特性与理论分析基本相符,在需要2种压力的系统中,双压力泵源在工作效率上明显优于恒压泵源.      

一种主动液压滤波器的理论分析

针对目前被动式液压滤波器所存在的问题,提出了主动控制式滤波的概念.在简要介绍其工作原理的基础上,对一种由双蓄能器-压电晶体(PZT)驱动的静平衡可变容腔液压主动滤波器进行了理论分析,弄清了其滤波机理.为了正确描述泵-管路-负载所组成的液压系统的联合工作特性,提出了泵和负载的确切数学模型以及两者的匹配方法.最后,给出了在合理考虑液压源特性和液压负载特性的前提下为达到希望滤波性能所需控制律的选择方法.      

泵阀联合EHA效率设计仿真分析

分析了泵阀联合电动静液作动器(EHA,Electrical Hydraulic Actuator)效率的影响因素,提出了降低油源压力设计值以提高效率的方法.针对泵阀联合EHA的工作特点,在负载相同的条件下,对伺服阀和定量泵的输出流量、损耗流量变化、作动系统整体效率变化进行了分析,并分析了油源压力设计值变化对系统主要性能参数的影响.相对于常规阀控系统设计,在一定范围内降低油源压力设计值的方法可提高液压系统总效率,减少流量损耗引起的功率损耗.系统快速性提高,稳定性增强,抗扰动能力下降,因而系统效率设计要兼顾性能综合进行.以弹性负载为对象的作动系统仿真计算验证了设计方法的可行性.      

一体化数字液压作动系统的建模仿真和控制

随着机电液控集成一体化技术和数字液压技术的发展,基于数字缸和电液泵提出了一种新型的一体化数字液压作动系统,阐述了其系统组成和工作原理.基于AMESim建立了电液泵、数字缸及整个系统的数学模型,分别从系统的位移响应、溢流流量、电机转速和控制阀开口等方面,与传统的采用集中液压源供油和伺服阀控制伺服油缸的作动系统进行了仿真对比分析,指出了一体化数字液压作动系统的优缺点.      

变转速负载敏感进出口独立控制系统特性研究

针对泵控位置系统效率高但控制精度不足、阀控位置系统响应快但能耗损失较大的问题，提出了基于模式切换下变转速负载敏感进出口独立的控制系统，设计了针对工程机械中能耗损失大的阻滞型负载工况的控制策略。根据所提控制系统原理，建立变转速负载敏感进出口独立控制系统的数学模型；分别搭建基于加载油缸的变转速负载敏感泵控系统和空载油缸的进出口独立阀控系统的试验平台与AMESim-MATLAB仿真模型并进行分析研究；将所建系统模型中添加正弦和随机信号来模拟变化的负载，分析系统在应对变化的外负载时，位置与压力的控制效果。将所建系统与恒流阀控系统、传统负载敏感阀控系统、传统泵控系统三者进行比较分析，结果表明：所设计变转速负载敏感压力控制器对系统压力的控制效果良好；以伺服电机驱动双作用叶片泵作为动力源的负载敏感进出口独立控制系统的位置控制性能和节能效果高于传统泵控和阀控系统，比传统泵控系统节能10.12%。     

航空泵试验台驱动变结构控制

飞机液压系统泵源需进行地面试验,采用变频调速器＋异步电机＋增速箱的驱动形式是航空泵进行地面试验最先进有效的方法之一.建立了矢量控制变频调速驱动下航空泵试验台驱动系统的数学模型,针对航空泵试验时由于负载变化泵转速不能保持恒定的问题,采用积分滑模面的滑模变结构控制策略,并构造Lyapunov函数证明其稳定性.为降低输出抖振现象,提出采用模糊控制监督下的滑模变结构控制和伪微分反馈(PDF, Pseudo Derivative Feedback)控制相结合的控制策略,仿真及实验结果表明,该控制方法有很高的控制精度,在保持滑模变结构控制鲁棒性强的前提下降低了输出抖振现象.      

一种新型机载一体化电液作动器的设计与分析

针对近年来飞机机载作动系统的发展,设计了一种用于功率电传的新型一体化电动静液压作动器(EHA) ,分析其原理和特点,讨论各部件和系统的建模方法,采用Matlab/Simulink对其进行仿真,结果表明所设计的EHA具有良好的动态性能和带负载能力,达到了良好的性能指标,可作为未来飞机机载电作动系统的方案之一,对功率电传电液作动系统的研制具有实际指导意义.      

液压放大式PZT-DDV建模与控制仿真

研制基于液压位移放大原理的压电陶瓷直接驱动伺服阀(PZT-DDV,Piezoelectric-Direct Drive Valve),实现大流量高频响的要求.分析其结构特点,建立系统数学模型,基于AMESim 和Simulink的协同仿真环境,对其进行仿真控制研究.采用AMESim建立了PZT-DDV的模型和虚拟液压测试系统,利用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成协同仿真环境.针对PZT-DDV的迟滞、摩擦和液压位移放大结构的负载敏感特性,采用前馈控制改善迟滞,提高动态响应.基于LuGre摩擦力模型以及密闭腔压力监测,采用自适应backstepping方法实现摩擦及负载变化对放大机构输出位移的扰动补偿.仿真结果表明:前馈控制提高了系统的动态性能,自适应backstepping控制方法提高了系统的稳态控制精度.     

发动机-变量泵-变量马达驱动系统分层控制

为充分发挥工程车辆用发动机及液压系统的工作性能,并同时提高其在动态条件下的功率传递效率,对发动机-变量泵-变量马达(三变量)组成的串联型液压驱动系统控制策略进行研究.对驱动系统各个部分进行参数匹配,确定各环节的额定计算工况; 提出自适应分层控制策略,以系统效率最大化为目标,主动调节发动机、变量泵以及变量马达的工作点,主动适应负载功率需求.在MATLAB/Simulink软件中对系统进行后向建模,仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效地保证系统高效率的功率传递,通过优化发动机工作点降低油耗.      

基于性能可靠性约束的智能液压泵节能优化

考虑飞机飞行剖面的多变性,针对智能液压泵变压力变流量的特点,提出一种多模性能可靠性分析方法.推导2类工作模式的传递函数模型,分析智能泵性能的主要影响因素,基于累积损伤理论构建多阶段任务可靠性模型.以系统工作效率为目标函数,性能可靠性指标为约束条件,对智能泵作优化设计.最后用优化所得参数求系统在各阶段的性能可靠度,并与机载液压系统常用的恒压泵作节能对比.结果表明:提出的基于节能的智能泵性能可靠性分析方法符合系统实际工况要求,相比传统恒压泵系统,智能泵系统的平均效率可提高15.8%.     

插装式液控能源选择阀的设计与分析

针对液压系统油源的安全性及可靠性问题,提出油源冗余设计方法,即多油源供给多负载,当某一油源发生故障时能源选择阀切断故障油源,由其他油源给负载提供基本液压能源,系统能完成必须的服役性能。针对液压系统能源选择阀存在的频繁换向与振动问题,提出一种插装式液控能源选择阀,其先导阀采用锥阀和可变阻尼形式,主阀采用三台肩且终端有缓冲功能的滑阀。建立了插装式液控能源选择阀的数学模型,分析了能源选择阀在两种模拟故障下的切换压力及切换时间、油源压力脉动等特性。理论分析结果表明,油源压力阶跃和线性变化时,某能源选择阀切换时间分别为5 ms和7 ms。当压力发生波动时,主阀不会发生振动,还可通过液控先导阀结构设计来控制切换压力和回复压力大小。     

一种新型液压控制系统及其应用研究

介绍了一种新型液压控制系统及其应用。该系统通过差动流量细分技术、电机转速特性适配技术和恒渗漏技术的应用,克服了常见液压控制系统存在的油泵在低转速下压力波动较大、伺服电机在低转速下运行不平稳、油缸压力难以保持等技术难点。使用该液压系统研制的叠加式力标准机,力值重复性达到0.015%。这对采用液压控制系统研制标准力源有积极的借鉴意义。     

双独立闭环复合液压伺服控制体系的分析

针对现有几种液压伺服控制系统的优缺点,基于高性能和节能这一发展趋势,提出基于伺服电机、定量泵、蓄能器和伺服阀的双独立闭环的新型复合控制体系.分析了其结构特点,建立了数学模型并进行了仿真分析和实验验证,证明新型控制体系充分发挥了各个控制环节的效能,实现了流量适应,较现有的控制方案简单可靠,在综合指标方面有了很大的提高,适合机载液压系统和弹载液压系统.      

旋转惯性液压变换器的能效特性

为探究旋转惯性液压变换器（RIHC）的主要性能及其能量转化机制，针对由等效两位三通快速切换阀驱动的旋转惯性液压变换器构型建立其理论分析模型。通过与传统比例液压系统（CHPS）对比实验，验证所建理论模型并给出两者能效差异。结果表明：所建理论模型可有效预测RIHC的主要性能，可通过系统吸油流量量化旋转惯性效应的大小，稳态吸油流量在有效占空比0.5时达到峰值。脉宽调制信号有效占空比控制模式下，随着飞轮转速、负载压力的增加，测得阀口节流损失与系统效率线性化增加。实验表明：负载压力在0～4 MPa范围内，RIHC相较于CHPS最高可减少89%的阀口节流损失，系统效率提升15.7%。     

频域内轴向柱塞泵模型研究

本文对液压系统中的流量压力脉动源一液压泵的频域数学模型作了研究。首先就航空中常用的平行轴向柱塞泵频域数学模型作了详细推导,说明该模型可以等效成一个源流量Q_S和源阻抗Z_S的并联模型,并揭示了Q_S、Z_S和泵内各参数之间的函数关系。然后讨论了一种Q_S的理论计算方法和Z_S的实验测试方法。最后,利用上述方法获得的Q_S和Z_S代入液压系统频域仿真程序后,得到某一系统的压力脉动理论计算值,并将它与同一系统的实验测得的压力脉动值比较,结果相当吻合,说明上述模型和计算测试方法是合理的。