基于矢量控制的航空液壓泵源測試系統(tǒng)轉速控制方案

摘 要：現階段應用于實際的航空液壓泵源測試系統(tǒng)當中，存在很多非線性特性，而矢量控制變頻器能夠對系統(tǒng)的這類特性，進行有效測試?；诖?，本文就基于矢量控制的航空液壓泵源測試系統(tǒng)轉速控制方案展開探究，簡要介紹了航空液壓泵源測試系統(tǒng)模型，進一步提出了兩種神經網絡控制方案，與一種無源控制方案，以期通過控制航空液壓泵轉速，實現對其特性的有效測試。

關鍵詞：航空液壓泵；矢量控制；轉速控制

中圖分類號：V216.8 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0112-01

前 言

航空液壓泵是支持飛機正常運行的重要能源元件，具有高壓、大流量與高轉速特點的航空液壓泵，其使用價值更高。為不斷提升航空液壓泵的性能，常采用變頻調速的通用電機，驅動航空液壓泵，對其進行地面檢測試驗。完善的測試系統(tǒng)，需要保證其轉速具有較強魯棒性，進而獲得真實的性能測試結果，為液壓泵的研究與安全使用，提供可靠依據。

1 航空液壓泵源測試系統(tǒng)模型

在航空液壓泵源測試系統(tǒng)當中，交流電機變頻調速與節(jié)流加載，分別是系統(tǒng)的驅動與加載方式，可以此為基礎構建航空液壓泵源測試系統(tǒng)模型。系統(tǒng)當中，由于試驗對象的出油口壓力pd，會直接影響其輸出轉矩TP，進而干擾其輸出轉速ω的穩(wěn)定性，三者之間的簡化關系如下：

式中的CL表示液壓泵的總泄露系數；dP則表示液壓泵的排量增益；Ey表示油液的體積彈性模量；Vt表示液壓泵的輸出負載容積；而γ為液壓泵的斜盤傾角。

對公式進行分析能夠了解到，TP與pd之間表示為正比關系，與ω則成反比。也就是說，當pd一定時，ω越小TP越大，即當航空液壓泵處于低速高壓運轉狀態(tài)時，系統(tǒng)需為其輸入較大轉矩，兩者之間具有較高的耦合和非線性性質。

采用矢量控制變頻器驅動電動機時，其內置的矢量控制功能，能夠實現對轉速的調節(jié)與控制，但一旦出現壓力突變等問題時，實測電動機的輸出轉速也會發(fā)生突變，且無法恢復到原設定值，進而對測試工作造成極大的影響[1]。而構建轉速控制方案，主要目的就是保證試驗對象的輸出轉速穩(wěn)定性與出油口壓力等參數的準確性，避免參數變化對測試工作產生干擾作用，保證液壓泵輸出轉速的快速響應與魯棒性。

2 基于矢量控制的轉速控制方案

2.1 神經網絡控制方案

基于徑向基函數網絡的智能控制器（簡稱為RBF控制器），和基于對角回歸神經網絡的非線性控制器（簡稱為DRNN控制器），均可被用于制定基于矢量控制的航空液壓泵源測試系統(tǒng)轉速控制方案。

由于RBF神經網絡呈現為雙速度反饋結構，形象的來說，就是該網絡有n個輸入和1個輸出，利用其本身具備的高精度函數逼近功能，能夠實時監(jiān)控測試模型的變化。在實際應用期間，將神經網絡中的標準精度的指數運算結果備份至內存，能夠有效減少計算時間，提升一般工控機中控制算法的應用效果。

DRNN具有良好的處理動態(tài)問題的能力，而DRNN控制器能夠利用這一功能，有效估計測試系統(tǒng)的廣義逆模型，對測試系統(tǒng)中的一系列非線性問題進行正確處理。

對上述兩種神經網絡控制方案進行仿真試驗，能夠得到如下結果：①當測試系統(tǒng)下達4kr/min的指令時，負載速度影響結果表示，穩(wěn)態(tài)值的附近存在小幅、高頻抖動現象，調節(jié)時間短，穩(wěn)態(tài)誤差能夠滿足實際要求；②當液壓負載變化時，在270N·m的干擾力矩下，速度出現塌陷，而在控制器的作用下，問題及時得到了解決，實現了測試系統(tǒng)的快速性與魯棒性。

總結兩種神經網絡控制方案，在外界環(huán)境因素的影響下，均表現出較強的穩(wěn)定性；而DRNN控制器的效率，相對更高，對測試系統(tǒng)中非線性問題的控制潛力也較大。但由于這一類控制器的收斂性與穩(wěn)定性分析，還缺乏可靠的理論支持；在實踐過程中需要大量的輸入信息；測試系統(tǒng)易受參數變化的影響等問題，神經網絡控制方案還有待完善。

2.2 無源控制方案

基于能量觀點提出的無源控制方案，相對于神經網絡控制方案，具有較高的實用性。無源控制方案中，測試系統(tǒng)物理特征體現出來的自然屬性，是控制器設計的重點環(huán)節(jié)，不依賴對象模型精準線性化的設計過程。無源控制方案無奇異點，也就是說，對位置參數與未建模動態(tài)具有較高的魯棒性，能夠對測試系統(tǒng)中的非線性特征的本質進行有效控制。

在系統(tǒng)構建過程中，假定其滿足如下方程：

其中，等式左端為系統(tǒng)儲存能量，等式右端為系統(tǒng)補充能量與系統(tǒng)耗散能力之差，左右兩端相等。H（x）n1表示總能量方程（x∈Rn1是狀態(tài)矢量）；d（t）n1表示考慮散熱影響的非負函數；而u∈Rm1、y∈Rm1表示一些端口的能量變量。

對于這一平衡方程進行分析，能夠發(fā)現，無源系統(tǒng)可以實現能量平衡狀態(tài)，進而作用于非線性與時變動態(tài)等多種特征測試系統(tǒng)當中[2]。

無源系統(tǒng)之間通過標準反饋互聯(lián)，能夠得到一個新的系統(tǒng)，而新系統(tǒng)同樣是無源系統(tǒng)；且無源系統(tǒng)還具有零狀態(tài)可檢測的、漸進穩(wěn)定的特征。在進行系統(tǒng)構建時，通過給定的存儲函數，就可對閉環(huán)系統(tǒng)的無源性進行再現。測試系統(tǒng)的無源性與這種再現過程的關系，即能量平衡由無源系統(tǒng)內聯(lián)控制，這在一定程度上，保證了無源控制方案的可靠性。

3 結束語

綜上所述，探究基于矢量控制的航空液壓泵源測試系統(tǒng)轉速控制方案，對提升系統(tǒng)的測試水平，具有重要意義。通過相關分析，設計一個能量成型的控制器，能夠讓電流匯聚到一個理想值，進而輸出所需轉矩，是測試系統(tǒng)控制方案的核心，相比之下，無源控制方案的實用性更強，而神經網絡控制方案的運用，能夠保證控制結果的可靠性。對此，在未來的研究過程中，應重視對不同控制方案的不斷優(yōu)化，從而提升測試系統(tǒng)的使用效果。

參考文獻

[1]馬紀明，宋岳恒，盧岳良，祁曉野，付永領，羅 經.航空液壓泵加速壽命試驗現狀及方法研究（連載4）航空液壓泵的壽命影響因素研究與分析[J].液壓與氣動，2016（01）：6～12.

[2]馬紀明，阮凌燕，付永領，柯 兵，陳 娟，祁曉野，羅 經.航空液壓泵加速壽命試驗現狀[J].液壓與氣動，2015（06）：6～12.

收稿日期：2018-3-26