變量泵斜盤電液伺服控制系統(tǒng)的功能試驗(yàn)
在數(shù)字仿真的基礎(chǔ)上，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)泵后燃油壓力范圍內(nèi)將FF102伺服閥簡(jiǎn)化為一階慣性環(huán)節(jié)，即
QL(S)/u(s)=KV/(TV+1) (9-5)
式中：QL、u分別為伺服閥輸出流量和輸入電壓；Kv、Tv分別為伺服閥一階環(huán)節(jié)增益和時(shí)常數(shù)。伺服閥單位階躍信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)5ms。伺服閥向雙作用液壓缸輸入高壓燃油推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程可以簡(jiǎn)化描述為積分環(huán)節(jié)，即
XP(S)/QL(S)=(Q/AP)/S=KL/S (9-6)
式中；XP為液壓缸活塞位移；Q、AP分別為液壓缸進(jìn)油流量和有效作用面積；KL為整合活塞位移增益，KL=Q/AP。
斜盤位置閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖10所示。
由于系統(tǒng)前向通道中已存在積分環(huán)節(jié)，控制算法Gc使用PID控制的比例控制算法，將指令信號(hào)與反饋信號(hào)的差值乘以比例系數(shù)后，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)入電液伺服閥。
變量泵斜盤位置電液伺服控制系統(tǒng)在X形航空發(fā)動(dòng)機(jī)特性仿真試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了功能試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)大功率直流電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速機(jī)構(gòu)拖動(dòng)變量柱塞泵，其中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速采用手動(dòng)調(diào)節(jié)。泵出口油路安裝了節(jié)流針閥，手調(diào)針閥的開(kāi)度可設(shè)定初始泵后壓力。使用計(jì)算機(jī)對(duì)液壓缸活塞位置進(jìn)行控制，對(duì)應(yīng)斜盤角最大、最小位置的活塞限位分別為15.5mm和29.0m。軟件工作過(guò)程中，記錄變量泵的輸出流量和活塞位置。
(1)液壓伺服控制系統(tǒng)靜態(tài)特性。斜盤位置控制的靜態(tài)重現(xiàn)性表現(xiàn)在液壓缸活塞位置到達(dá)同一點(diǎn)時(shí)，同轉(zhuǎn)速下的泵輸出流量一致。試驗(yàn)中，針閥開(kāi)度調(diào)至最大，手動(dòng)控制變量泵轉(zhuǎn)速分別為2730r/min和2366r/min。取液壓缸活塞位置分別為15.5、18.0、22.5、26.0mm和29.0mm的5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，記錄泵輸出燃油流量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。從表中數(shù)據(jù)可知，斜盤位置在變化過(guò)程中處于同一位置點(diǎn)時(shí)，燃油泵輸出流量基本一致，最大差值為42L/h?？紤]到渦輪流量計(jì)信號(hào)誤差及流量波動(dòng)，小于50L/h的流量差值在可接受范圍以內(nèi)。斜盤位置控制的重現(xiàn)性符合系統(tǒng)要求。
斜盤位置控制的靜態(tài)重現(xiàn)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)
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斜盤位置/mm |
燃油流量/（L·h-1） |
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變量泵轉(zhuǎn)速2730r/min |
變量泵轉(zhuǎn)速236r/min |
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15.5 18.0 22.5 26.0 29.0 26.0 22.5 18.0 15.5 |
8010 6518 4003 2087 653 2119 4035 6560 8008 |
6919 5628 3437 1803 590 1824 3478 5660 6919 |
斜盤位置控制的穩(wěn)定性表現(xiàn)在：油缸活塞指令位置固定，在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，活塞位置不因轉(zhuǎn)速變化而出現(xiàn)靜態(tài)誤差。試驗(yàn)取液壓缸位置指令為22.5rm，改變變量泵轉(zhuǎn)速，觀測(cè)輸出流量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。對(duì)下表數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)，輸出流量與轉(zhuǎn)速線性度很好，說(shuō)明轉(zhuǎn)速提升過(guò)程中活塞位置穩(wěn)定。
斜盤位置控制的穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)
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泵轉(zhuǎn)速/（r·min-1） |
燃油流量/（L·h-1） |
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泵轉(zhuǎn)速/（r·min-1） |
燃油流量/（L·h-1） |
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2760 2545 2325 2100 1810 |
4050 3717 3385 3041 2602 |
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1520 1305 1806 800 580 |
2172 1840 1515 1100 800 |
(2)液壓伺服控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。電液伺服閥的響應(yīng)速度隨供油壓力的升高而加快，輸出流量也隨之增大；顯然液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度也隨泵后壓力的升高而加快。因此，想知道系統(tǒng)是否滿足斜盤角度最大到最小的時(shí)間要求，只需要針對(duì)供油壓力較低的情況進(jìn)行功能試驗(yàn)。試驗(yàn)選取了X形航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作中燃油泵后壓力最低的一組參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速和針閥開(kāi)度獲得相應(yīng)的供油壓力，控制液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)活塞位置動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。
從圖11可以看出，即使是在供油壓力較低情況下，活塞位置從15.5mm運(yùn)動(dòng)至29.0mm和從29.0mm返回15.5mm所需時(shí)間均不超過(guò)1s，仍然大幅低于1.5～2.5s的系統(tǒng)要求。
該種變量柱塞泵斜盤的電液伺服控制系統(tǒng)，使用泵后煤油作為伺服閥油源，
有效簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)功能試驗(yàn)證明，經(jīng)簡(jiǎn)化的伺服控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，位置控制重現(xiàn)性、泵流量線性度好，作為航空渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制機(jī)構(gòu)，能夠滿足轉(zhuǎn)速/流量控制要求，減小了液壓系統(tǒng)體積和質(zhì)量，有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比。