向飞控-液压系统协同仿真技术研究[1].pdf

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1、第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议某型飞机纵向飞控－液压系统协同仿真技术研究李昆秦成（中航第一飞机设计研究院西安710089）摘要：通过微分方程分析得到助力器的状态空间表达式，并对助力器的动态特性进行分析，利用试验数据建立泵源动态特性数学模型，在仿真软件HyPneu中建立完整的液压助力系统模型，将纵向飞控系统模型与液压助力系统模型通过接口进行无缝连接，开展两系统之间的协同仿真研究，仿真结果与试验结果对比可知，仿真模型与实际系统符合程度较高，研究取得良好效果。关键字：助力器状态空间分析；协同仿真

2、；液压泵建模；HyPneu；VirtualLab中图分类号：助力器从功能、结构分析，可以认为是一个带有0前言外部位移负反馈的阀控作动筒，如图1所示。其控制部分可分为两部分：外部的位移控制和内部的流量控现代飞机的飞控、液压两系统交联关系日益密制。其数学表达式分别为：切，且对飞机的飞行品质、操纵特性等均产生十分重大的影响，因此在整个设计过程中要对两类系统之间的作用关系和相互影响进行动态、定量分析，才能确保所有设计要求的顺利实现。但是，由于在以往飞机机载系统设计阶段两类系统均是各自独立设计，因此对于两系统在互连之后，是否会出现诸如动态特性

3、差、能源－负载匹配不佳等问题缺乏足够的了解。在本次研究中，将分别针对某型飞机飞控、液压系统各自的特点，在原有飞控仿真模型的基础上，通过助力器状图1助力器结构示意图态方程分析和协同仿真技术建立某型飞机纵向飞控－液压系统的协同仿真模型，最终开展两系统之间的协外部位移控制：x=kx−kx(1)Vsrifrt同仿真计算。飞机纵向飞控－液压系统协同仿真模型不仅能够使设计人员了解整个系统中各部分之间的动2态特性和能量传递关系，便于在设计之初就对系统性内部流量控制：Q1=CVWxV(Ps−P1)(2)ρ能进行优化匹配，避免了重大设计缺陷的出现，而

4、且还可以用于系统故障的定位和排除，缩短了外场飞机2停飞检修的时间。Q=CWxP(3)2VV2ρ1平尾液压系统建模对式2、3进行线性化处理，得到：Q=Kx−K(P−P)(4)1QVC12平尾液压系统由平尾助力器、液压泵、蓄压器等液压元件组成，在以往的纵向飞控模型中，一般是将Q=Kx−KP(5)这部分用一阶惯性环节简化表示，这种方法虽然可以2QVC2对助力器的动态特性进行一定的描述，但模型本身被局限为单输入、单输出模型，一些实际上对助力器性式中：K=CW1(P−P)为流量放大系数；QVsf能影响重大的因素不能在模型中得到体现，也无法衡ρ

5、量液压系统的供压能力，以及液压系统的动态响应能1力。因此，采用状态空间分析方法，重新对平尾液压CVWxV(Ps−Pf)ρ为流量－压力放大K=系统进行建模研究。C(2P−P)sf1.1平尾助力器建模第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议系数。⎡EyKcEyKCEyKQkfrEyA⎤⎡EyKQksr⎤Q⎢−−−⎥⎢0⎥通过滑阀进油口的高压油液1，除了要推动作动⎢V1V1V1V1⎥⎡x1⎤⎢V1⎥•⎢EyKCEyKQkfrEyA⎥⎢x⎥⎢EyKQksr⎥⎡x⎤筒进行运动外，还要补偿作动筒高压腔由于压力升

6、高x=⎢0⎥⎢2⎥+⎢−0⎥iV2V2V2⎢x⎥V2⎢⎣F⎥⎦⎢⎥3⎢⎥L所产生的机械膨胀量，高低压腔之间的内部串油，以⎢0001⎥⎢x⎥⎢00⎥⎢AAKK⎥⎣4⎦⎢1⎥−−−0−及系统的外泄漏。由此，得到描述作动筒高压腔流量⎢⎣mmmm⎥⎦⎢⎣m⎥⎦的动态方程：(15)dxVdPQ=At+11+C(P−P)+CP(6)由式15可知，助力器的动态性能不仅与位移输入1ip12ep1dtEdty控制信号有关，还与作用在助力器活塞杆上的外部负经过滑阀回油口的低压油液连续方程为：载有关。另外，高、低压腔中的压力变化量也会对助dxVdP力器的

7、动态性能产生影响。t22Q=A−+C(P−P)−CP(7)2ip12ep2助力器本身的一些物理参数构成了助力器动态模dtEdty型中的各种系数。由式15可知，影响助力器性能的作动筒的液压输出力与外部负载力相平衡。外部物理参数有：助力器内部控制阀的形式、结构系数，负载力包括：作动筒活塞的惯性力、阻尼力、弹性负作动筒的形式、结构、重量，助力器的输入比、反馈载力以及其他的外部负载力。根据牛顿力平衡原理，比等。列写出作动筒活塞上的力平衡方程式：1.2液压泵建模2dxdxA(P−P)=mt+Bt+Kx+F(8)液压泵作为液压能源部件，用于将机

8、械能转化为122tLdtdt液压能，并向液压系统提供高压油液，用以驱动系统为简化处理，忽略系统中出现的内、外泄漏量。内的各种负载。在机载液压系统中，多采用恒压变量根据式4和式6，可以得到高压腔中的流量平衡方程：泵作为能源发生装置。在描