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.      

数字开关液压系统管路压力波传播建模与分析

为准确描述数字开关液压系统管路压力波传播特性，应用基于传递函数与时间延迟的管路压力波传播分析模型，通过耦合高速开关阀输出流量特性与管路压力波传播分析模型，实现两位两通高速开关阀控缸系统管路压力波传播特性的建模与分析，讨论了不同参数下的管路压力波传播特性，并通过相应的实验加以验证。结果表明，实验结果与分析模型结果一致性较好，高速开关阀动态特性与系统管路压力波传播特性密切相关，管路属性对系统管路压力波传播过程影响显著，将为后续数字开关惯性液压系统的研究奠定基础。      

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%。     

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。     

压电式高速开关阀控液压缸位置系统

针对开关阀控液压缸位置分辨率低、响应慢的问题,设计了压电式高速开关阀控液压缸位置系统。首先,建立开关阀控液压缸位置系统模型,分析了PWM载波频率对开关阀流量特性的影响规律,采用基于差动流量的双阀结构,实现液压缸负载流量的非线性补偿,减小开关阀死区对系统静、动态性能的影响。然后,分析双阀控制式液压缸系统负载脉冲流量的影响因素,得到了开关阀控液压缸位置抖振的产生机理,比较基于脉冲流量的PWM、PAM、PFM控制方法。最后,依据压电式高速开关阀流量特性,提出了PWM+PAM的复合控制方法,根据误差信号及其变化,调节占空比和流量幅值,实现液压缸位置的快速、精确控制。仿真及实验结果表明:系统定位精度将近1%,为高速开关阀及其控制系统应用提供了理论基础。      

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。     

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.     

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.     

集成式伺服作动器压力损失特性及其影响因素

针对集成式伺服作动器液压回路的特点和选择切换功能，分析了能源切换原理、选择活门的压力损失规律及其对作动器活塞运动速度的影响。电磁阀通过控制选择活门阀芯的位置以实现不同能源的切换。分析了选择活门压力损失的成因分布与特征。由分析可知，流道结构突变处的局部损失占比最大，沿程损失可忽略不计，选择活门压力损失与流入流量的平方呈比例关系。同时，拟合出了活塞伸出运动和收缩运动时的压力损失经验系数。建立了作动器左右腔流量、压力和活塞动力学模型，发现某型选择活门压力损失使作动器活塞伸出速度下降了4.9%，收缩速度下降了5.2%。由于活塞受力情况一致，选择活门的压力损失不影响负载力与活塞速度的关系，速度下降比例与负载力无关；阀芯开度直接影响着流经系统流量，系统流量影响着流体与流道的撞击强度和频率，进而影响了选择活门的压力损失程度，速度下降百分比随阀芯开度增大而增大。分析结果可为高可靠性、高精度航空作动器伺服控制系统的设计提供技术支持。     

电液负载敏感位置伺服系统自抗扰控制方法

针对电液负载敏感系统中泵阀控制的耦合问题，提出了一种基于自抗扰算法的解耦控制方法。首先，根据系统原理建立了负载敏感系统的状态空间模型。其次，针对阀控和泵控子系统分别设计了位置自抗扰控制器（ADRC）和压力自抗扰控制器，将2个系统间的动态耦合作用以及外部干扰和不确定性视作总扰动进行估计并给予补偿。最后，基于AMESim和MATLAB联合仿真平台进行了仿真分析。结果表明:所提的控制方法能够消除阀控子系统和泵控子系统的强耦合作用，提高系统的控制精度和鲁棒性。另外，在动态性能和节能效率方面与纯阀控和泵控系统进行对比分析，仿真结果表明:基于自抗扰控制的负载敏感系统的动态性能优于泵控系统，系统能效相对于阀控系统也有较大提升。      

加工装配误差影响下偏转射流压力伺服阀静态特性分析

电液压力伺服阀是电液压力伺服控制系统的核心控制元件，广泛应用于航空、航天、军事等领域。区别于流量伺服阀，压力伺服阀在滑阀放大器的设计上多采用带有压力控制容腔的三通阀结构，不同的滑阀结构使得现有的偏转射流流量伺服阀仿真模型难以满足压力伺服阀性能预测的需求。本文基于AMESim平台建立了偏转射流压力伺服阀的仿真模型，并通过实验对仿真模型进行了验证，验证结果表明仿真模型能够准确地描述压力伺服阀的静态特性。最后，通过仿真模型分析了加工装配误差影响下压力伺服阀输出性能差异，仿真结果可为偏转射流压力伺服阀的性能预测和结构设计提供参考。     

振动环境下小尺寸减压阀的建模与分析

减压阀作为飞行器液压伺服系统的压力控制阀,在整机振动环境下必须维持必需的服役性能。以某飞行器用小尺寸减压阀为研究对象,将压力感受腔油液等效为液压弹簧,与调压弹簧、阀芯一起构成典型的质量-弹簧（机械弹簧和液压弹簧）-阻尼系统。分别建立了整机无振动时与整机振动时的减压阀分析方法和数学模型。研究结果表明：整机无振动时调压弹簧刚度越大,阀共振频率越高;压力感受腔容积越大,阀共振频率越低。整机振动环境影响减压阀的工作性能,可以恰当地设计减压阀的通径、弹簧刚度、压力感受腔尺寸等参数,使得减压阀在整机振动环境下实现必需的工作特性。理论结果和实验结果基本一致。振动环境下液压阀的分析方法和所建立的数学模型,为整机振动时液压元件的性能预测和评估提供了一种有效的基础理论支撑。     

劈尖冲蚀变形对射流管伺服阀工作特性的影响

为研究射流管伺服阀前置级劈尖的冲蚀变形对伺服阀工作性能的影响，采用Fluent仿真软件，对射流管伺服阀的前置级进行冲蚀仿真，并将仿真结果与冲蚀实物进行对比分析，发现劈尖是前置级冲蚀最为严重的部位；根据劈尖冲蚀前后的前置级结构形状，构建前置级的数学模型，分析了劈尖冲蚀变形对前置级压力的影响。利用AMESim仿真软件，搭建射流管伺服阀的整阀仿真模型，研究了劈尖冲蚀变形对整阀工作性能的影响；通过实验验证了AMESim仿真结果的正确性。研究结果表明，劈尖冲蚀变形后，射流管伺服阀前置级的恢复压力和负载压差减小，导致整阀的阶跃上升时间延长，幅频带宽减小，但整阀的空载流量特性和压力特性几乎不受影响。     

Constant power H∞ stabilization control strategy on airborne pump supplying system

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。     

一种典型盘式单向阀的动力学建模与优化设计

盘式单向阀特性对其簧片参数十分敏感,为了提高阀的高频工作性能,针对典型的三曲梁式簧片结构,研究了一种通用的单向阀动力学建模与优化方法.建模过程中,给出了簧片关于曲梁宽度、弧度及簧片厚度等参数的插值模型,利用有限元方法获得了插值参数.在此基础上,推导了整个盘式单向阀的动力学模型.利用粒子群优化方法对簧片参数进行优化,设置模型输入为正弦压力信号,优化目标为阀的净输出流量最大.优化结果表明:随着工作频率提高,簧片最优厚度增大,同时单向阀最大净输出流量减小.实验与仿真结果一致,证实了上述方法简单可行,可用于工程实际中合理设计和选择盘式单向阀.     

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.      

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%.     

直线驱动电静液作动器的匹配设计规则

电静液作动器（EHA）是一种高度集成的泵控传动系统,A380和F35等机型已经利用EHA驱动主飞控舵面。但传统的以旋转电机和柱塞泵构成的EHA面临低频响的问题,以一种具有良好动态特性的新原理直线驱动电静液作动器（LEHA）为对象,研究其参数匹配设计问题。LEHA的关键特征在于新型的直线协同配流泵,以及采用直线电机直接驱动泵的吸排油和配流组件。首先,从静态指标匹配性上考虑LEHA的参数设计规则,得到最大空载速度约束条件、最大静态输出力约束条件、系统最高压力约束条件;然后,根据系统模型分析系统各参数对频宽的影响,得到LEHA的动态性能匹配设计规则,具体是指LEHA频宽指标对直线电机振荡频率的约束条件;最后,分析LEHA的功率约束条件,给出了LEHA对惯性负载、弹性负载和黏性阻尼负载在输出力-速度坐标下的功率包络条件,得到LEHA的负载匹配设计约束。LEHA参数设计的6项匹配设计约束条件能够为LEHA的设计过程提供理论依据。      

新型排气余压利用系统无因次效率研究

利用能量方程、状态方程、运动方程和质量流量方程，建立新型排气余压利用系统气缸回程过程的基本数学模型。选取合适的基准值将数学模型无因次化，运用MATLAB/Simulink对无因次模型进行仿真，得到各无因次参数对排气回收效率的影响。仿真结果表明，排气回收效率主要由无因次固有周期、无因次进气口有效面积、切换判据及气缸无因次供气压力决定。当切换判据或气缸无因次供气压力增加而排气回收效率下降时，可以通过改变无因次进气口有效面积、无因次固有周期使其增加。对确定的气缸驱动系统，可以通过改变气罐体积来提高排气回收效率。      

热力学排气系统压力控制地面原理实验研究

低温推进剂由于其比冲高、无毒无污染,被认为是进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂,也是未来人类月球探测、火星探测以及更远距离深空探测的首选推进剂。热力学排气技术是解决低温推进剂长期在轨应用蒸发量控制问题的一项关键技术。针对应用于低温贮箱的热力学排气系统(TVS)搭建了地面原理实验平台,采用制冷剂R123为工质,开展了增压、混合喷射降压以及节流制冷3种不同工作模式下的实验研究,分析了不同阶段箱体压力及内部流体问题变化情况,实验验证了热力学排气系统的压力控制效果,与直接排气相比,热力学排气可节省41%的排气损失,该结果可为低温推进剂在轨贮存热力学排气技术的发展提供借鉴和参考。