可转导叶电液伺服闭式泵控系统位置控制研究

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燃气轮机装置作为工业领域关键动力能源和核心装备在航空、船舶和电力工业得到广泛应用,为国民经济的发展带来许多新的机遇。进口可转导叶(Inlet Guide Vane,简称IGV)作为燃气轮机重要组成设备之一,其角度的位置精确控制在提高燃气轮机工作性能方面扮演着至关重要的角色,具有提高机组喘振裕度、减少启动功率、保证机组的稳定性能以及提高整体效率等重要作用。电液伺服闭式泵控系统(电静液执行器,Electro-Hydrostatic Actuator,以下简称EHA)作为一种高集成泵控驱动单元,在航空航天、机器人驱动、轨道交通等工业领域均有极其重要的应用,其与传统的阀控系统相比具有高功重比、高集成度、环境友好和高效节能等技术优点,本文将EHA应用于可转导叶位置控制中,为燃气轮机技术升级和产品改型提供理论指导和技术保障。本课题针对可转导叶EHA位置控制方法展开研究,由于EHA是采用伺服电机驱动定量泵机制下的容积调速控制,位置闭环控制过程中存在的低速稳定性和低频响等系统动态特性问题,直接影响系统的高精度控制。因此本文提出一种基于指数趋近律的模糊等效滑模变结构控制算法,实现可转导叶EHA位置高精度控制。本文主要研究内容如下:(1)以可转导叶EHA工作原理为基础,分别采用矢量控制方法和机理建模方法建立伺服电机和泵控液压系统数学模型,研究伺服电机与泵控系统作用规律,得到EHA位置控制数学模型。(2)以系统输出位移和泵的转速等变量为主要参数,采用参数辨识的方法对指数趋近律系数进行在线优化,补偿位置环等效控制部分,减少系统响应时间;利用模糊控制的稳定性设计模糊切换控制部分,以此来抑制滑模变结构控制自身的抖振缺陷,提高系统稳态运行时的定位精度,并借助仿真的方法来验证改进模糊等效滑模变结构控制方法的有效性。(3)搭建实验平台,采用Simulink设计普通滑模变结构控制和改进模糊等效滑模变结构控制算法,并下载到穆格轴控制器软件中进行样机实验研究,结果表明,在阶跃信号与正弦信号作用下,改进模糊等效滑模变结构控制相较于普通滑模变结构控制得到的响应曲线具有明显的误差小、响应时间短、且基本没有超调现象等优势,通过实验结果与理论分析和仿真结果对比,验证了控制算法的有效性。本文研究将助力EHA技术在燃气轮机领域的推广,对可转导叶位置控制技术升级与设备优化等具有重要的理论指导与工程实际意义。
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