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- 航空泵试验台关键技术研究
- 作者： 白国长 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 滑模变结构控制 矢量控制 航空液压泵试验 转速控制 机械补偿功率回收 PDFSV控制
- 描述： 飞机收放系统及操纵机构大都采用液压驱动，其性能关系到整个飞机的生存保障。本课题来源于高新工程项目“无人机收放系统试验及液压能源系统”，目的是研制飞机新型高压大功率液压系统，首先建立一套试验台，以便能对航空液压泵及液压附件进行地面测试及性能试验研究。试验台包括液压系统、驱动系统和测试控制系统。选取了大功率的变频调速系统＋增速器作为驱动系统；采用PXI总线测试系统；采用虚拟仪器技术等先进的测控手段实现了液压测试系统的CAT。所建造的设备经实际验证能满足试验要求。为模拟航空泵的真实工作状态，实现转速对负载的不敏感性，研究采用了交流电机的变频驱动，并对矢量控制的变频调速系统进行了研究，建立了变频调速系统的数学模型，分析了相关参数对转速的影响，提出了采用复合控制的变频调速系统方案，即对电流环采用解耦的内模控制，对磁链环和速度环采用伪微分反馈次变量（PDFSV）控制。数字仿真试验表明采用复合控制后抗负载能力和抗参数变化能力都强于现在变频调速系统所采用的PID控制。在此基础上对内模控制电流环，提出采用基于增广最小二乘法的参数在线辨识，使控制器模型参数与电机实际参数符合；对速度环提出基于惯量参数和负载在线估计的PDFSV控制方法，根据估算速度和实际速度的差估算出实际的惯量参数，由该惯量参数在线计算出控制系数，并把估计到的负载作前馈处理，仿真试验表明改进后的控制方法在惯量参数与负载大范围变化时仍有很好的控制效果。文章分析了以变频器控制信号为输入，泵实际转速为输出的速度全闭环转速系统，建立了数学模型。针对传动链长，存在非线性环节多及负载变化等特点，提出采用积分滑模面变结构控制，根据Lyapunov稳定理论，证明了稳定性。为降低抖振，提出了基于模糊切换的滑模变结构控制和伪微分反馈（PDF）控制联合控制方法，在保持一定鲁棒性前提下降低了抖振。针对产生抖振的原因，提出了基于等效负载扰动观测的变结构控制和扰动自适应滑模变结构控制，对它们在阶跃负载、正弦规律变化负载及正弦跟踪进行了数字仿真，仿真结果表明，对于本系统，基于等效负载扰动观测的滑模变结构控制在上述三种方法中有最好的去抖动效果，且实现简单，将其应用于实际系统，实测系统在试验最大阶跃负载作用下速度下降为0.23%，调整时间为两个采样周期。作为试验台的扩展运用，设计制作了泵－马达复合控制控制试验台。建立数学模型，建立以增强动态特性为目的的单输入单输出控制模式，针对该方式下转速和流量相乘的本质非线性，运用精确反馈线性化方法进行线性化处理，采用以速度误差为滑模面的变结构控制，证明了稳定性，针对参数多及函数不易确定的特点提出采用模糊自适应滑模变结构控制，证明了稳定性，仿真及实验结果表明该控制方法具有很好的抗负载和抗参数变化能力。文章最后，研究了液压系统功率回收问题，针对大功率、长时间运行的液压泵试验系统，提出采用机械补偿功率回收方案，建立压力和转速数学模型，对压力系统中转速、油液体积、弹性模量和泄漏系数对压力的影响进行了数字仿真和研究。提出根据试验国标要求的压力动态特性建立理想的参考模型，并采用模型参考模糊神经网络的自适应控制策略，仿真结果表明该方法具有很好的适应压力系统参数变化及跟随参考模型的能力，能得到满足要求的压力动态特性。