用单极电液伺服阀控制轴向柱塞泵-外文翻译

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1、用单极电液伺服阀控制轴向柱塞泵爱荷华州立大学工程研究学院工程科学与机械学系（爱荷华州）50011A.Akers穆尔黑德州立大学工业研究部（明尼苏达州穆尔黑德）56560S.J.Lin【摘要】最优控制理论应用于一个轴向活塞泵和单级电液伺服阀组合的压力调节器设计。该控制阀已建模，最优控制的规则也已经制定。为了开环和优化控制系统，已经获得了流量阶跃输入的时间响应曲线和输入伺服阀的电流强度。实验结果已经和那些没有被作为蓝本的斜盘式制动器的供应阀门进行比较。该伺服阀控制系统的建模意味着系统的响应频率和压力峰值的极大提高。【引言】轴向柱塞泵在航空、工业、农业系统中都很重要

2、。该泵可以传送大量的特殊能量，还可以改变能量的流量。对轴向柱塞泵的流量和压力的控制是通过改变斜盘的角度来实现的。该斜盘驱动器是由单级或二级的电液伺服阀进行控制的。单级伺服阀是由一个力矩马达直接连接一个四通滑阀而组成的。阀芯阀由力矩电机定位，由液压执行器指挥控制流向（图1）。二级伺服阀有一个用于倍增力矩电机输出的前置放大器，足以克服流体黏附力和由加速度或振动产生的力。插板，喷气管，阀门和阀芯可作为第一级，而第二级几乎是普遍的阀芯的类型。从历史上看单级伺服阀的稳定性和反应都优于那些使用二级的，但是，自从重量在航天系统中变得特别重要，近期的努力重点放在了完善更轻便的

3、二级伺服阀。然而，工程的紧密公差要求及其他因素导致成本过高，因此，单级伺服阀更可能用于工业应用，因为具有竞争力的价格是必要的。此外，流体动力元件设计者认为产生相对较大的阀芯力量是很有必要的。一些不可避免的出现在液压油和有时出现在气阀座上的力量（约100牛顿），往往会切断金属或其它芯片，这点在二级阀阀芯的线轴上是不会出现的。好几项致力于研究和改善轴向柱塞泵动态控制系统的研究已经在进行当中。Harpur[1]andMerritt[2]使用线性扰动分析来研究有微分区插孔的三通伺服阀和有等面积插孔的四通伺服阀的控制系统。Dreymuller[3]用劳斯系数数组研究轴向

4、柱塞泵的最佳性能。Macketal.[4]验证了给变量泵安装微机接口用于控制泵的流量和压力以达到对泵的动作进行补偿的可行性。最近，ZeigerandAkers[5]应用最优控制理论为轴向柱塞泵设计了一个压力调节器。C45他们的研究结果表明，直线性最优控制方法没有为流量干扰提供足够的压力强度。不过，增强最优控制通过它的流量干扰抵消能量，提供了良好的解决办法。他们的工作并没有考虑到使用的伺服阀的类型，而是提出了这样一个疑问：这样一个装置的频率和阻尼能够得到什么样的代表值。相关伺服阀的短缺使得人们认为对于设计泵时使用不同伺服阀的影响的全面调查相当重要。本文介绍了单级

5、伺服阀进行的工作，考虑第一伺服阀型。在这项工作中，推导出了轴向柱塞泵系统的状态方程。此外，ZeigerandAkers[5]依靠单级伺服阀，并且对压力时间曲线进行比较从而对泵的斜盘的驱动建模。图1泵系统的物理模型一、动力系统模型到控制执行器的流量连续性忽略了可压缩性的影响，表示为（1）当流量连续性的原则是适用于在泵的排放量控制线，我们得到（2）C45关于斜盘活塞的任何角位置的瞬时扭矩在参考文献（6）中已得出。通过该模型计算出的力矩的准确性总在实验值的10%以内。研究结果还表明，扭矩和压力之间的关系因为泵的不同而不同，斜盘倾角和斜盘角速度在实际范围内大致呈线性关

6、系。这种分析使我们能够编写在一个线性方程形式扭矩，由于斜盘施加的扭矩是由执行机构平衡（有弹簧和压力的力量对他们进行作用）。因此（3）该永磁力矩电机用于移动的伺服阀阀芯产生转矩由下式给予（4）对转子运用牛顿第二定律，我们得到（5）对作用在阀芯上的流体压力也同样进行了分析，我们可以把方程（5）写成（6）因为状态变量的分配如下：（7）（8）两个控制输入如下（9）方程（2），（3）及（6）-（9）可变成状态和输出方程形式：C45（10）（11）该轴向活塞泵控制框图单级伺服阀如图2所示，它显示了功能组件是如何联接的，并且确定了每个组件的响应数学方程。二、最优控制设计该控

7、制系统的主要目标是设计一个控制规则，使输出（整个泵压力变化的不同）接近于0，这样可以流量和其他因素变化的时候保持恒定的压力。此外，过度的压力峰值能够维持在可承受的限度内。线性动态系统的最优调节器问题表现为包括确定一个矢量控制u（t）的最小化功能（12）根据已知条件如果是一个真正的对称，半正定矩阵，是一个真正的对称，正定矩阵。最优控制法把价值函数降低到最小值，方程（12）可以被转化为C45（13）当反馈增益矩阵为(14)并且当是对称的，正面的稳态方程定解（15）当矩阵和在方程（12）中所代表的相对比较重要的值都被精确确定，把方程（13）中的最优控制规则作为条件借

8、出方程（15），这些值不断的传送给数据