航空作动器往复密封工况模拟试验系统研究

摘要

航空液压作动器作为飞机液压系统的主要执行元件，其往复密封性能直接影响飞机的飞行效率和安全，因而对航空作动器的往复密封性能进行工况模拟试验研究具有重大意义。本文针对航空作动器往复密封高压、宽温和变载荷三大工况，分析了各工况模拟试验系统的特性，建立了压力脉冲模拟系统的数学模型、多缸同步运动的动力学模型和热力学模型，根据各子系统的要求设计了不同的控制器，并开展了各工况模拟子系统的仿真和试验研究。主要内容如下:
　　第一章绪论。主要介绍航空作动器往复密封试验系统的研究背景以及国内外研究现状，分析了三大工况模拟系统的研究特点及其关键技术，指出课题研究目标和研究意义，明确论文的研究内容。
　　第二章压力脉冲模拟系统特性分析。介绍了压力脉冲模拟系统的组成和原理，建立了包括泵源的脉冲模拟系统数学模型。为同时保证压力脉冲的瞬态性能和稳态性能，设计了基于模糊切换的滑模PID混合控制器。仿真和试验表明，基于模糊切换的滑模PID混合控制器相比于模糊PID控制器和常规PID控制器动态跟踪效果更佳，其ITAE指数降低200％以上，并且波形适应能力更强。
　　第三章负载模拟系统多缸同步性分析。介绍了负载模拟系统的原理，考虑摩擦力的Stribeck特性建立负载的动力学模型，提出了摩擦力模型参数的试验辨识方法。针对“一个伺服阀控制并联多缸”这一明显特征，分析了影响多缸同步性的因素。为降低多缸的同步误差，设计了基于偏差耦合的同步控制器，仿真和试验表明，基于偏差耦合的同步控制方法能够有效降低“一阀控多缸”的同步误差。
　　第四章温度模拟系统热特性分析。首先介绍了温度模拟系统的组成，采用控制体法建立了液压系统的热力学模型，并分析了影响系统油液温度控制的因素。为提高油液温度控制的稳态精度和动态跟踪效果，设计了基于双控制器结构的智能温度控制器，仿真和试验结果表明，基于双控制器结构的温度控制器能够有效抑制温度的超调并使温度快速稳定，稳态误差在±1℃以内。
　　第五章总结与展望。总结了航空作动器往复密封工况模拟系统的研究进展及成果，提出了后续研究工作的改进方向，展望了未来航空作动器试验技术发展方向。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 航空作动器往复密封概述

1．2 航空作动器往复密封试验系统研究现状

1．2．1 国外研究历史及发展现状

1．2．2 国内研究历史及现状

1．2．3 试验系统研究趋势

1．3 航空作动器工况模拟系统关键技术

1．3．1 压力脉冲试验技术研究现状

1．3．2 多缸同步技术研究现状

1．3．3 液压系统热特性研究现状

1．4 课题研究意义和内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究目标

1．4．3 研究内容

1．5 本章小结

第2章 压力脉冲模拟系统特性分析

2．1 压力脉冲模拟系统

2．2 压力脉冲模拟系统数学模型

2．2．1 泵源的数学模型

2．2．2 伺服阀的数学模型

2．2．3 阀控缸的数学模型

2．2．4 高压腔的数学模型

2．2．5 整体的状态空间模型

2．3 压力脉冲控制器设计

2．3．1 模糊PID控制器

2．3．2 滑模变结构控制器

2．3．3 基于模糊切换的滑模PID混合控制器

2．4 压力脉冲仿真分析

2．4．1 Simulink仿真模型和参数设置

2．4．2 控制算法仿真分析

2．4．3 脉冲频率的影响因素仿真分析

2．5 压力脉冲试验分析

2．5．1 试验系统

2．5．2 试验与仿真对比分析

2．5．3 控制方法试验对比分析

2．5．4 脉冲频率的影响因素试验分析

2．6 本章小结

第3章 负载模拟系统多缸同步性分析

3．1 负载模拟系统

3．2 负载动力学模型

3．3 摩擦模型参数辨识

3．4 多缸同步控制器设计

3．5 多缸同步性仿真分析

3．5．1 联合仿真模型

3．5．2 多缸同步性的影响因素

3．5．3 同步控制方法仿真对比分析

3．5．4 爬行现象仿真分析

3．6 多缸同步性试验分析

3．6．1 试验台

3．6．2 控制方法试验对比分析

3．6．3 爬行现象试验分析

3．7 本章小结

第4章 温度模拟系统热特性分析

4．1 温度模拟系统

4．2 温度模拟系统热力学模型

4．2．1 热力学基本原理

4．2．2 开式油箱的热力学模型

4．2．3 柱塞泵的热力学模型

4．2．4 溢流阀的热力学模型

4．2．5 加热器的热力学模型

4．2．6 散热器的热力学模型

4．2．7 伺服阀的热力学模型

4．2．8 作动筒的热力学模型

4．2．9 管路的热力学模型

4．3 温度控制器设计

4．4 液压系统热特性仿真分析

4．4．1 联合仿真模型

4．4．2 作动筒内温度影响因素仿真分析

4．4．3 温度控制方法的仿真对比分析

4．4．4 系统温度仿真分析

4．5 液压系统热特性试验研究

4．5．1 试验台

4．5．2 作动筒内油液温度影响因素试验分析

4．5．3 温度控制方法试验对比分析

4．5．4 系统温度试验分析

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简介