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- 用于航空液压泵源试验系统的变频调速控制策略研究
- 作者： 孟文俊 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 驱动效率 无源性控制 惯性系统 能量成形 鲁棒稳定性 变频调速 航空液压泵源 试验系统
- 描述： 航空液压泵是飞机液压传动与控制系统中的能源元件，是飞机的核心部件之一。为了开发研制高性能（高压、大流量和高转速）的航空液压泵，在地面采用变频调速的通用电动机驱动航空液压泵进行试验分析是目前最为经济且可行的办法之一。飞机主液压泵在飞机上是由航空发动机通过减速器带动，由于发动机的功率很大，液压泵转速具有很强的鲁棒性，本研究的目的就是建立发动机驱动的液压泵转速模拟系统并保证其转速具有较强的鲁棒稳定性，得到能够准确反映航空液压泵性能的测试结果。本文经过分析，确定交流电动机变频调速和节流加载作为本试验系统的驱动和加载方式，构造基于该方案的试验系统，完成了设计和建设工作，并在本文理论研究的基础上完成了调试和试验任务，得到满意的试验结果。针对试验系统中包含机械、电力电子和液压三部分，具有难以避免的摩擦、死区、时变、多变量、强耦合等非线性特性，确定调速控制律采取无源性控制PBC为主的控制策略，它基于能量的观点，控制器的设计注重系统的物理特征所体现出来的自然属性，不依赖于对象模型精确线性化的设计过程，无奇异点，不需观测器，对未知参数和未建模动态具有很强的鲁棒性，是一种全局定义且全局稳定的、本质上的非线性控制方法。在对交流电动机进行PBC分析的基础上，将PBC应用到变频驱动的交流电动机调速系统中，提出能量成形的无源性EB-PBC设计控制器的方法，该方法没有对系统的结构性质提出特殊要求，而是更依赖于有关无源性的基础的和通用的性质。因此，其应用可扩展到更广泛的领域。理论上证明了PBC控制的全局稳定性，并将PBC为主干的控制器应用到试验中，试验结果表明，本控制器对电动机参数变化和负载扰动具有良好的鲁棒性，得到的转速控制结果不仅响应快，而且是稳定的。航空液压泵在不同压力下的转速具有很好的稳定性，有较强的鲁棒性，能够满足实际试验的要求论文提出了试验系统模型与试验系统的惯性模型。以试验的过程为出发点，借鉴接触任务控制的概念，借助必要的硬件，在试验过程中将被试航空液压泵等液压元件看作一个总体，不考虑其内部如何变化，只考虑其作为变频交流驱动系统的负载时所表现出的性质，即泵的输入转矩←→驱动系统的输出转矩，得出可应用于实际试验的液压系统模型；在此基础上，结合对机械传动有关部件的详细分析，提出了试验系统的惯性系统模型，实践证明了本模型的正确性。本文还就实际应用过程中遇到的问题，提出了可有效地提高变频驱动系统驱动效率的方法，说明其性能是变频器和电动机的综合，利用高性能变频器可以大大提高电动机的过载驱动能力。据了解，到目前为止，国内还没有像本系统一样采用大功率(160kW)矢量控制的交流变频调速系统以模拟航空发动机驱动航空液压泵源的综合试验系统，本系统指标先进、功能齐全、精度高、性能安全可靠、寿命长；采用虚拟仪器技术等先进的测控手段，实现了试验数据的自动采集、记录和处理，结果精度较高。本系统可以在地面模拟航空发动机对航空液压泵源进行试验，投资少，可节省大量的运行费用，具有较大的经济效益和社会效益。