温度对矢量喷管电液伺服系统影响研究

为研究液压油温度变化对矢量喷管电液伺服机构控制特性的影响,理论推导建立其数学模型,并利用AMESim软件搭建系统物理模型进行仿真计算。采用控制变量法,分组设置不同温度下的油液黏度参数,将批处理得到的结果对比分析。研究表明:随着温度升高,系统阶跃响应加快,滞环减小,线性度改善,频带宽度也增大;与此同时,阶跃响应的调节时间和超调量均增加,使喷管振动加剧。此外温度升高引起的油液黏度降低导致伺服阀的内泄漏快速增加,其中50℃时的泄漏量已是-20℃时的3倍,泄漏量增加将降低整个系统的效能。在仿真的基础上,依托"液压伺服控制实验测试平台"开展试验验证,两者结果基本一致,证明了仿真结论的正确性。     

舵机伺服阀参数的选择与优化

伺服阀参数的合理选择对舵机的性能至关重要。通过对舵机系统和伺服阀参数影响的研究,发现伺服阀增益是影响舵机动态响应的主要因素。在此基础上,通过对伺服阀增益的推导,得到了其与结构参数和性能参数的数学关系,通过分析可知,降低反馈杆刚度可有效改善舵机系统的动态响应和稳定性,这为合理设计参数改善伺服阀同舵机的匹配性提供了思路。     

稳定跟踪平台的FKAPID控制算法

针对传统PID控制算法在稳定跟踪平台控制中的诸多问题,提出一种带有卡尔曼滤波器的基于前馈补偿和抗积分饱和PID(FKAPID)控制的控制方法。计算机仿真实验表明,控制方法使系统的单位阶跃响应的超调量减小到6%,调节时间缩短至1.4 s,跟踪误差的均方差值减小了1个数量级以上,动态响应性能、对周期性信号的跟踪性能和对干扰的抑制能力明显提高。     

基于人工蜂群算法的航空发动机参数自整定PID控制

针对航空发动机PID控制器的参数寻优问题,提出基于人工蜂群算法(ABC)的航空发动机PID控制器参数自整定的方法。利用人工蜂群算法实现容易、计算简洁、寻优性能好、鲁棒性强的优点,优化PID控制器参数,以改善控制系统性能。考虑到可能存在的执行机构输出量的极大超调,融入执行机构输出的超调量惩罚机制,改进目标性能函数,有效避免了可能存在的发动机供油量极大超调现象。对涡扇发动机在地面和高空稳态工作点的增量形式的线性化数学模型进行了仿真验证,结果表明优化效果良好,转速阶跃响应反应迅速且超调量小,同时供油量也没有出现大的超调,验证了所提方法的有效性和实用性。     

直动式机载2D电液压力伺服阀特性

设计了一种直动式二维(Two Dimensional,2D)电液压力伺服阀,采用2D伺服活塞机构产生液压力来驱动主阀芯运动,输出需要的负载压力。设计的2D伺服活塞机构采用直线位移传感器(Linear Variable Differential Transformer,LVDT)进行检测从而形成闭环位置反馈,精确控制2D活塞位移;主阀芯与2D伺服活塞通过弹簧连接,2D活塞在两侧压力差作用下运动,通过弹簧来对主阀芯施加作用,控制主阀阀口的开度,来精确控制输出的负载压力;为提高压力伺服阀的稳定性和可靠性,主阀阀芯根据挤压油膜缓冲理论进行了圆盘结构设计,以增大系统黏性阻尼。在建立该阀的数学模型的基础上,仿真分析了该阀的静动态特性,并通过设计样阀及实验研究,验证了该阀设计的可行性,实验结果表明:在系统压力28 MPa下,该阀的阶跃响应时间在30ms,其滞环3%,线性度2%,压力跟随特性和输出稳定性好;相较于传统直动式比例伺服压力阀,该阀的结构特点决定了其抗污染能力强,可靠性高,且质量和体积分别仅为同类伺服阀的1/5和1/7左右,非常适用于机载液压刹车系统。     

面向对象的航空发动机控制系统仿真

在面向对象的发动机性能仿真平台基础上,建立了1个通用的航空发动机控制系统仿真平台;利用此仿真平台,构建了某涡扇发动机的高压转速阶跃控制系统,整定了全包线内PID控制器参数,并模拟发动机超温、超压、超转状态进行了仿真。仿真结果表明:高压转子阶跃响应能在保证不超温、不超压、不超转的前提下,达到了调节时间小于1 s,超调量小于5%的性能指标。     

交流伺服系统控制器在线参数自整定方法

伺服系统转动惯量的变化会影响伺服控制性能。为提高伺服性能需要对转动惯量进行在线辨识,实现伺服控制器参数的在线自整定。详细介绍了基于模型参考自适应的转动惯量在线辨识方法,提出了动态调整自适应增益和滤波器时间的方法,有效解决了自适应算法辨识速度和辨识精度的矛盾。根据转动惯量的辨识结果,利用对称优化法则,实时调整伺服控制器参数,以保证控制器动态性能的一致性和鲁棒性。仿真和试验验证了方法的有效性。     

伺服阀感生电动势引起的故障分析及处理

本文首先对伺服阀双故障机理进行了分析,完成了地面故障复现.然后通过磁通量变化、压力脉动等理论公式,推导出感生电动势函数.分析表明,压力脉动会引起衔铁组件振动切割线圈内部的磁通,产生感生电动势,可通过调节伺服阀内部参数改变感生电动势大小.最后通过降低伺服阀极靴面积、充磁量等方式减小电动势并完成了试验验证.     

面向航空仿真激励的气压调控系统研究

针对航空电子设备研制过程中所需要的动态压力模拟装置,提出了一种基于双高速开关阀的新型混合气压控制策略及系统。在这种新型混合控制策略中,从优化高速开关阀调制的角度,提出了一种错时调制(Time Interlaced Modulation,TIM)气压调控新方法,以代替传统的脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)方法。在此基础上,还设计了七模式切换方法来保证合理的开关阀切换时序。同时,采用滑模控制器代替传统的PID控制器,解决气动伺服系统强非线性问题。通过实物试验,证明在采用该混合控制策略后,能够实现最低1.2%超调量的阶跃响应控制,并能够快速跟踪0.25Hz频率的正弦信号。     

基于机载模型的轴向柱塞泵动态特性参数辨识及影响分析

针对航空发动机柱塞泵动态特性解析模型复杂、阶次高、计算资源需求大、参数多且难以准确确定的问题，在忽略解析模型高阶特性得出简化的机载模型基础上，提出了基于典型环节特征参数的时域阶跃响应辨识方法，得到柱塞泵的动态参数。仿真分析和试验结果表明，简化模型精度可达95%，计算资源需求少，为柱塞泵机载模型应用奠定了基础。同时，基于动态模型分析了柱塞泵动态响应对伺服控制动态响应的影响，柱塞泵动态特性应在伺服回路动态特性4倍以上，国军标中规定的柱塞泵动态特性要求可满足航空发动机喷口控制要求。     

Theoretical and experimental investigation on novel 2D maglev servo proportional valve

This paper presents a novel two-dimensional maglev servo proportional cartridge valve (2D maglev valve), where a contactless maglev coupling is introduced between electro-mechanical converter and valve body to realize functions of force transmission, spool position feedback and linear-rotary motion conversion. Such configuration can effectively reduce cost of both valve manufacturing and electro-mechanical converter, while still maintain features of 2D valve such as null pilot leakage, high power-to- weight ratio and excellent anti-pollution capacity. Firstly, the characteristic equation of the valve is derived using linear theory, and the stability criterion is established for parameter determination. The influences of crucial structural parameters such as initial height of overlapping area, width of high-pressure and low-pressure holes, acting radius of magnetic force, pitch angle of maglev coupling, length of sensitive chamber and system pressure on the dynamic response are investigated based on AMESim numerical simulation. The prototype valve is then designed and manufactured and a special test rig is built. The no-load flow characteristic, load flow characteristic, leakage characteristic, amplitude and phase frequency characteristics and step response under different system pressures are measured. The experimental results are in a good agreement with the simulated analysis. As an over-damped system, the prototype valve has excellent working stability, which can reach a no-load flow rate of 105.9 L/min with hysteresis of 3.51%, amplitude bandwidth of 28.7 Hz and phase bandwidth of 42.8 Hz under 21 MPa. The research indicates that the 2D maglev valve can be a potential solution of flow rate control valve for flight control surface system of civil aircraft with high pressure and large flow rate application.     

具有积分限制的单神经元PID控制算法

提出了一种抗积分饱和的变参数PID单神经元二次性能寻优算法.在 PID结构简单的基础上,兼有神经元自适应修正能力和二次性能寻优的特点,当积分出现饱和时,通过控制逻辑自动抑制偏差的积分,从而提高了变参数PID算法的鲁棒适应性.以某双轴发动机喷口为被控对象,对模型参数以50%的变化进行了控制性能的仿真.结果表明:变参数PID单神经元二次性能寻优算法具有较强的鲁棒稳定性和鲁棒性能,动态过程的最大超调量被抑制在5%以内,动态调节时间仅为0.6s.所提出的性能寻优PID算法可以满足航空发动机的控制需求.      

冲压发动机连续可调喷管模糊控制研究

为了提高几何可调冲压发动机尾喷管控制性能,针对具有静差与动态不对称特性的连续可调喷管作动系统,采用模糊控制算法进行控制器设计,并利用自适应遗传算法进行控制器参数优化,最后将模糊控制系统与PID控制系统进行性能对比。结果表明,相较于常规模糊控制系统,优化后的模糊控制系统消除了稳态误差,减小了大小喉径在调节时间上的差异,鲁棒性较强。相较于优化后的PID控制系统,优化后的模糊控制系统在保证无稳态误差的基础上,具有更短的调节时间与更小的超调量,跟踪信号时具有更小的误差包络,优化后的模糊比PID控制系统性能提高2.6倍。总之,基于自适应遗传算法优化的连续可调喷管模糊控制系统比PID控制系统性能更高,能够满足高动态几何可调冲压发动机提出的响应快、调节精准、超调小的要求。     

A novel low pressure-difference fluctuation electro-hydraulic large flowrate control valve for fuel flowrate control of aeroengine afterburner system

To address the control accuracy of large fuel flowrate during pressure fluctuation, a novel electro-hydraulic fuel metering unit (FMU) is constructed for afterburner fuel system of military aeroengine. Different from the previous FMU, the proposed FMU can achieve the higher precision opening control by a new metering valve with double control chambers (MVDCC), and realize the lower pressure difference fluctuation regulating by a novel two-stage constant pressure difference compensated valve (CPDCV) with dynamic damping orifice and damping piston. The experimental and AMESim simulation results verify the validity and superiority of the novel FMU. Since the temperature-induced variation in fuel properties and device capabilities may degrade or even impair the properties of novel FMU, the discharge flowrate is analyzed by global sensitivity analysis to research the effect proportion of each factor, the temperature effect is explored to ensure the working reliability in long-span temperature variation. Finally, the optimization of structure parameters for novel CPDCV can further reduce pressure difference fluctuation during pressure regulation, and the overshoot, adjust time and the integral of time multiplied by absolute value of error (ITAE) can be reduced by 24%, 30% and 26%, respectively. This paper provides a reference for improving the stability of large flowrate during pressure fluctuation.     

定压活门稳定性定量分析

提出了一种定压活门(CPV)稳定性的定量分析方法.首先通过稳态分析,得到影响定压活门稳态性能的主要参数.通过小偏差动态分析,获得定压活门闭环极点根轨迹图.提出临界进口压力概念,得到5个主要结构参数对定压活门稳定裕度的定量影响:弹簧刚度对稳定裕度影响很小;而增大阀芯直径,提高阻尼系数,增加负载,减小定压腔容积都分别能够明显提高定压活门的稳定裕度,计算结果与实际工程经验及AMESim仿真结果基本一致.最终,得出增强定压活门稳定裕度的改进措施和设计方法:①定压活门改进问题,最有效的方法为改动出口流通面积;②定压活门设计时,首先应根据其工作进口压力要求及最小负载,确定临界进口压力,然后通过动态分析,以阀芯面积和定压腔容积作为主要的设计参数.      

基于数据驱动的变循环发动机多变量自适应控制算法研究

本文针对变循环发动机包线范围大,自适应控制需求高的问题,在增广线性二次型调节器(ALQR)基础上,提出一种基于数据驱动的自适应ALQR(DA-ALQR)控制算法。构建了多变量系统自适应控制准则函数,以梯度下降法对控制器参数进行调整,借助基于数据驱动的动态线性化建模方法,递推进行输出对输入梯度的近似计算,实现了对ALQR控制参数的自适应调整。仿真结果表明,所设计的DA-ALQR控制器参数随发动机状态变化得到了有效调整,相较于ALQR控制算法,闭环系统动态性能得到了大幅度提升,推力在单外涵模式表现出较快的响应速度,在双外涵模式表现出更小的超调,转速同样表现出了超调减小和响应速度加快特性,验证了所提出方法的有效性。     

火箭弹电动舵机模糊单神经元PID控制算法

针对制导火箭弹电动式舵机,为提高其响应速度和精度,文章在模糊PID控制基础上,提出了模糊单神经元PID控制方法。首先,建立了火箭弹舵机系统模型;然后,将模糊推理、单神经元自学习算法和PID控制相结合,建立智能控制系统,以实现对舵机输入指令的精确、快速响应。经仿真实验表明:在此智能控制下,舵机位置在阶跃响应的调节时间、超调量以及正弦跟踪上相对于传统模糊PID控制均得到有效改进,具有良好的动静态性能、自适应性和稳定性。     

抗荷阀-抗荷服系统的动态响应模型

抗荷阀 -抗荷服系统的动态特性是决定其抗荷效果的关键指标。本文在理论分析和系统辨识研究的基础上提出采用 4极点、1零点、1延迟的线性模型作为机械式抗荷阀 -囊式抗荷服系统的动态特性模型,该模型的理论输出与实验数据符合甚好。给出了模型的一般型式,同时分析了气源压力、阀门安装角、抗荷服容积等系统结构参数对模型的影响。     

An intelligent control method for a large multi-parameter environmental simulation cabin

The structure and characteristics of a large multi-parameter environmental simulation cabin are introduced.Due to the diffculties of control methods and the easily damaged characteristics,control systems for the large multi-parameter environmental simulation cabin are diffcult to be controlled quickly and accurately with a classical PID algorithm.Considering the dynamic state characteristics of the environmental simulation test chamber,a lumped parameter model of the control system is established to accurately control the multiple parameters of the environmental chamber and a fuzzy control algorithm combined with expert-PID decision is introduced into the temperature,pressure,and rotation speed control systems.Both simulations and experimental results have shown that compared with classical PID control,this fuzzy-expert control method can decrease overshoot as well as enhance the capacity of anti-dynamic disturbance with robustness.It can also resolve the contradiction between rapidity and small overshoot,and is suitable for application in a large multi-parameter environmental simulation cabin control system.