新型機載作動系統(tǒng)研究

前言

機載作動系統(tǒng)是實現(xiàn)飛機飛行姿態(tài)和飛行軌跡控制的關(guān)鍵飛行控制子系統(tǒng)之一，其性能的優(yōu)劣直接影響飛機的飛行品質(zhì)。現(xiàn)代及下一代戰(zhàn)斗機的大攻角超機動飛行、推力矢量控制和主動控制都需要快速反應(yīng)大功率機載作動系統(tǒng)的支持。飛機作動系統(tǒng)只有朝著高壓大功率方向發(fā)展才能滿足這一要求。機載智能泵源系統(tǒng)可根據(jù)飛機飛行狀態(tài)，即飛行包線的不同，自動調(diào)節(jié)輸出壓力和流量以實現(xiàn)與負(fù)載的匹配，從而達(dá)到在滿足系統(tǒng)動態(tài)性能要求的前提下，使系統(tǒng)的效率最高。因此，它是解決溫升急劇增加等問題的最佳選擇，也是未來機載液壓系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢之一。智能泵是這一系統(tǒng)的核心部件，它的性能直接決定著飛機液壓系統(tǒng)的性能，所以改進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)、改善泵源的工作方式和能量管理方式以及為智能泵的地面測試配套完善的實驗系統(tǒng)成為主要的研究任務(wù)。本書主要提出了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、排量調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速-排量復(fù)合調(diào)節(jié)三種智能泵實現(xiàn)模式，更好地實現(xiàn)了智能泵四種工作方式（恒流量、恒壓力、恒功率和負(fù)載敏感），其中，轉(zhuǎn)速-排量復(fù)合調(diào)節(jié)模式在保證智能泵效率的前提下，又使其動態(tài)特性進(jìn)一步得到了改善。在此基礎(chǔ)上，運用了優(yōu)化技術(shù)、多模式復(fù)合控制，解決了大功率電液伺服系統(tǒng)中效率和快速性的矛盾，保證了系統(tǒng)的高效率和良好的動態(tài)特性。研究了電機一泵復(fù)合控制方式，對電機-泵復(fù)合系統(tǒng)的兩個子系統(tǒng)，即電機子系統(tǒng)和變量泵伺服變量子系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和仿真研究，接著對整個非線性系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，然后對電機-泵-閥并聯(lián)式控制方式的三種工作模式分別進(jìn)行了仿真，為后面的控制研究奠定了基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

　　《新型機載作動系統(tǒng)研究》主要提出了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、排量調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速-排量復(fù)合調(diào)節(jié)三種智能泵實現(xiàn)模式，更好地實現(xiàn)了智能泵四種工作方式（恒流量、恒壓力、恒功率和負(fù)載敏感），其中，轉(zhuǎn)速-排量復(fù)合調(diào)節(jié)模式在保證智能泵效率的前提下，又使其動態(tài)特性進(jìn)一步得到了改善。在此基礎(chǔ)上，運用了優(yōu)化技術(shù)、多模式復(fù)合控制，解決了大功率電液伺服系統(tǒng)中效率和快速性的矛盾，保證了系統(tǒng)的高效率和良好的動態(tài)特性。

作者簡介

孫衛(wèi)華，2005年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，獲機械電子工程專業(yè)博士學(xué)位，現(xiàn)任北京物資學(xué)院物流學(xué)院教師，主要研究機械設(shè)備的故障診斷與測控工作。胡貴彥，2001年獲日本京都工藝?yán)w維大學(xué)機械自動化專業(yè)碩士學(xué)位（工學(xué)），2005年獲該大學(xué)生產(chǎn)·信息專業(yè)博士學(xué)位（工學(xué)），現(xiàn)任北京物資學(xué)院物流學(xué)院教師，主要從事物流系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化、分析與診斷等研究工作。

書籍目錄

1 緒論1.1 未來戰(zhàn)斗機對機載作動系統(tǒng)的要求1.2 未來戰(zhàn)斗機液壓作動系統(tǒng)的主要發(fā)展方向1.3 液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展概述1.3.1 液壓系統(tǒng)效率分析1.3.2 液壓系統(tǒng)節(jié)能措施1.3.3 機載液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)1.4 功率電傳機載作動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1.4.1 功率電傳作動器設(shè)計研究計劃1.4.2 EPAD研制的三種典型的作動器1.4.3 國外研究機構(gòu)的研究現(xiàn)狀1.4.4 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)參考文獻(xiàn)2 智能泵結(jié)構(gòu)形式及實現(xiàn)模式研究2.1 機載液壓系統(tǒng)對智能泵源提出的要求2.2 智能泵與飛控系統(tǒng)的關(guān)系2.3 智能泵結(jié)構(gòu)形式選擇2.3.1 智能泵主要結(jié)構(gòu)形式2.3.2 智能泵結(jié)構(gòu)方案2.4 智能泵實現(xiàn)模式2.4.1 排量調(diào)節(jié)模式2.4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模式2.4.3 轉(zhuǎn)速-排量復(fù)合調(diào)節(jié)模式2.5 智能泵源試驗系統(tǒng)的總體方案2.6 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)3 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其靜動態(tài)特性分析3.1 泵源驅(qū)動系統(tǒng)的形式3.2 智能泵源驅(qū)動系統(tǒng)方案3.2.1 泵控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3.2.2 閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3.2.3 閥泵聯(lián)合控制液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3.2.4 方案比較3.3 電液速度伺服系統(tǒng)靜態(tài)特性分析3.3.1 串聯(lián)閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3.3.2 并聯(lián)閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3.4 電液速度伺服系統(tǒng)動態(tài)特性分析3.4.1 串聯(lián)閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3.4.2 并聯(lián)閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3.5 電液速度伺服系統(tǒng)靜動態(tài)特性比較3.6 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)4 功率電傳作動系統(tǒng)方案研究及系統(tǒng)建模仿真4.1 電機一泵復(fù)合控制作動器的建模4.1.1 無刷直流電機的建模與仿真4.1.2 變量泵伺服變量機構(gòu)的建模及仿真4.1.3 電機-泵復(fù)合控制作動系統(tǒng)的建模4.2 電機-泵-閥復(fù)合控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立及理論分析4.2.1 電機-泵-閥復(fù)合控制并聯(lián)式作動系統(tǒng)的組成及工作原理4.2.2 電機-泵-閥并聯(lián)式復(fù)合控制作動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立4.2.3 電機-泵-閥并聯(lián)式復(fù)合控制作動系統(tǒng)的仿真研究4.3 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)5 電機-泵復(fù)合控制作動系統(tǒng)的相乘非線性研究5.1 非線性控制方法5.1.1 非線性控制的古典方法5.1.2 非線性的現(xiàn)代控制方法5.2 非線性系統(tǒng)的線性化和最優(yōu)二次型基本理論5.2.1 非線性系統(tǒng)的線性化理論5.2.2 最優(yōu)控制的基本理論5.3 基于反饋線性化的最優(yōu)控制在電機-泵復(fù)合控制作動系統(tǒng)中的應(yīng)用5.3.1 電機一泵復(fù)合控制系統(tǒng)的仿射非線性方程建立5.3.2 仿射非線性系統(tǒng)的相對階、線性化和零動態(tài)5.3.3 反饋控制器的設(shè)計及其穩(wěn)定性5.3.4 運用二次型設(shè)計狀態(tài)反饋控制器5.3.5 系統(tǒng)仿真5.4 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)6 電機-泵復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制6.1 粒子群優(yōu)化算法的基本理論6.1.1 算法思想6.1.2 PsO算法的收斂性分析6.1.3 PSO算法流程6.1.4 基于MATLAB的算法流程6.1.5 PSO算法的應(yīng)用6.1.6 實例6.2 PSO算法的改進(jìn)-l6.3 電機一泵復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制6.3.1 電機一泵復(fù)合系統(tǒng)的模糊控制6.3.2 電液復(fù)合系統(tǒng)的建模6.4 粒子群算法優(yōu)化電液復(fù)合作動系統(tǒng)6.4.1 適應(yīng)度函數(shù)6.4.2 約束條件6.4.3 PSO算法步驟6.4.4 仿真分析6.5 基于粒子群算法的電機-泵復(fù)合控制作動系統(tǒng)的PID控制6.5.1 PID控制6.5.2 適應(yīng)度函數(shù)的選取和PID參數(shù)范圍的確定6.5.3 MPSO算法6.5.4 仿真分析6.6 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)7 自適應(yīng)模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制7.1 引言7.2 傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制的理論基礎(chǔ)7.2.1 線性變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一般性質(zhì)7.2.2 設(shè)計變結(jié)構(gòu)控制的基本步驟7.2.3 變結(jié)構(gòu)控制中實現(xiàn)到達(dá)條件的趨近律7.2.4 多輸入線性變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的遞階控制7.2.5 變結(jié)構(gòu)控制中切換函數(shù)的設(shè)計7.2.6 自由遞階控制及其簡化8 模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制泵并聯(lián)作動系統(tǒng)的研究9 基于PXI總線的電機-泵復(fù)合控制實驗研究附錄

章節(jié)摘錄

插圖：1.3.2 液壓系統(tǒng)節(jié)能措施根據(jù)液壓系統(tǒng)無效功率產(chǎn)生的原因，提高液壓系統(tǒng)效率的措施主要有以下幾方面：1.選用節(jié)能元件在元件的選用方面應(yīng)盡量選用高效率、低能耗的元件。如選用效率較高的功率匹配控制的輕型變量柱塞泵，這種泵可以根據(jù)負(fù)載的需要改變流量的壓力，大大節(jié)約能源的損耗；選用集成閥以減少管路連接的壓力損失；選擇壓力損失比較小，可連續(xù)控制的比例閥；用晶體管、集成電路替代原來的繼電器可大大降低能耗。2.提高液壓回路匹配效率液壓設(shè)備的能量消耗在不同工況時往往有很大的差別。其中，供過于求，即液壓泵的輸出流量過剩和壓力過剩，是造成系統(tǒng)效率降低的根本原因。所以提高液壓系統(tǒng)匹配效率是節(jié)能的最有效辦法3.優(yōu)化液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局從優(yōu)化設(shè)計液壓系統(tǒng)原理著手，在滿足全部性能要求的前提下，選出元件數(shù)量最少、管路段數(shù)和接頭最少的最佳方案。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局上采用組合化、集成化結(jié)構(gòu)，或選用疊加閥來簡化管路、縮短流道4.能量回收液壓系統(tǒng)節(jié)能的另一途徑就是實行能量回收。其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是能量轉(zhuǎn)換器，它的效率高、造價低，能流便于控制。如液壓系統(tǒng)中有飛輪或蓄能器就可得到較好的效果，有效地降低設(shè)備的功率。其中，蓄能器的合理利用，對系統(tǒng)效率的提高有很大影響1.3.3機載液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)對現(xiàn)有的機載液壓系統(tǒng)而言，執(zhí)行機構(gòu)的效率要相對高于泵源系統(tǒng)的效率，絕大部分的功率損耗是由泵源產(chǎn)生的或與泵源的工作形式有關(guān)，因此，飛機液壓系統(tǒng)的節(jié)能研究主要是針對泵源展開的。

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