压电驱动活塞泵配流过程数值模拟与样机研制

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alex_tan01
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电静液作动器(EHA)具有集成度高、功重比大、功率电传等特点,适用于飞行器起落架、机翼和行走机械足臂驱动等重要工程领域。目前开展深入研究和获得应用的多为大功率驱动,其在燃油计量、舱门启闭等轻型作动场合同样也具有广阔的应用前景。不同于常规EHA油泵由电机驱动,基于智能材料驱动的微型液压泵以其结构简单、可靠性高等优势为电静液作动器用泵提供了新选择。开展面向新型电静液作动器的压电活塞泵理论与样机研制具有重要工程需求。本文设计了一种带液压放大的压电叠堆驱动单活塞泵,对其配流特性和泵控作动器控制方法展开建模与仿真研究。首先建立了泵控液压缸作动系统各部件数学模型,为了获得泵供油特性和流道方案合理性,对泵内流动进行了非定常数值模拟。基于动力学方程和动网格技术实现了阀片运动的数值模拟,研究了典型工况下泵驱动频率-负载压力-输出流量特性;为抑制单活塞泵压力与流量脉动,提出了一种基于弹性变形腔组和卸压阀结合的脉动衰减装置。带衰减装置的压电泵数值模拟验证了其对泵出口流量脉动的抑制效果;搭建了泵控液压缸位置闭环控制AMESim/MATLAB联合仿真模型,仿真分析了模糊PID和滑模两种控制策略作动器输出特性。最后,研制了压电活塞泵样机,搭建了试验台系统,分析了样机存在的问题并提出了解决方案。数值模拟结果全面描述了泵输出特性,为性能提升和优化设计提供了参考。驱动频率为120Hz时压电活塞泵最大平均输出流量可达3L/min。设计的衰减器能有效抑制驱动频率60Hz以上的输出流量脉动,脉动率最高可衰减45%。模糊PID控制具有更快的响应时间,滑模控制则具有更好的跟踪性,提高了系统的抗干扰能力,鲁棒性更好。
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