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旋轉直驅閥位置控制研究取得進展
发稿时间:2020-09-04         作者:邓新阳          来源:輕型動力實驗室     【字号:

  航空發動機的燃油流量控制精度不斷提高,對發動機燃油調節器的控制系統提出了越來越高的要求。由力矩馬達驅動的旋轉直驅閥(RDDV, Rotate Direct Drive Valve,圖1)具有結構簡單、抗汙染能力強、可靠性高等優勢,成爲了燃油調節系統計量裝置的研究熱點。然而由于旋轉直驅閥不存在限位結構,同時受到液動力負載的影響,這對系統的精度、穩定性和負載適應性提出了更高的要求。 

  爲了解決上述問題,研究人員采用了位置環+電流環的雙閉環控制系統,把位置控制器的輸出當作電流控制器的輸入,再用電流控制器的輸出去控制電機的運轉。構建了旋轉直驅閥控制系統模型(圖2),其中電流環作爲內環采用PI控制,其作用是保證電機快速加減速和對電流進行限幅,取較大的比例增益使系統的動態響應快,並通過適當的積分環節保證系統沒有穩態誤差;爲了防止系統中高頻電信號的幹擾,反饋電路上設有一階低通濾波器。位置環采用PID控制,並與模糊控制相結合,這樣既具有PID控制精度高、穩定性好的優勢,又具有模糊控制魯棒性好、適應性強的特點。以閥芯角位移誤差E和誤差變化率EC作爲輸入,以PID控制參數的變化量ΔKP、ΔKI、ΔKD作爲輸出,采用模糊控制方法對系統進行控制參數的實時整定。選取7個模糊語言值(NBNMNSZOPSPMPB),作爲輸入和輸出的模糊狀態描述,三角形函數在論域範圍內靈敏度較高,將其選作NMNSZOPSPM等中間模糊狀態的隸屬度函數。而NBPB選用高斯形隸屬函數,以保證系統兩端能夠平滑過渡。模糊控制器隸屬函數示意圖如圖3所示。 

  利用MATLAB/Simulink軟件搭建了旋轉直驅閥模型,分析了不同控制方法下的響應。圖4和圖5分別爲在階躍信號和200rad/s的正弦波信號下的輸出響應。從圖4可以看出,常規的PID控制器、位置/電流雙閉環控制器和模糊雙閉環PID控制器在階躍信號下,響應時間分別爲0.22 s0.19 s0.02 s,並且普通的PID控制會出現較大的超調量,也就是說常規PID控制效果不理想,模糊雙閉環控制很大程度上縮短了調節時間,改善控制效果;從圖5可以看出,常規PID控制方法出現了明顯的超調,並且大幅度的滯後,而模糊PID控制雖然有小幅度的滯後,但是響應速度明顯更快,並且沒有超調量,其動態跟蹤特性明顯優于常規PID控制。 

  通過上述仿真分析可知,模糊雙閉環控制能夠有效改善旋轉直驅閥的位置輸出響應,而閥芯的位置輸出響應與燃油流量爲線性關系,因此,該算法爲控制發動機燃油流量提供了一種可靠的控制算法。 

 

  图1 旋转直驱阀结构示意图

 

  图2 控制系统结构图

 

  图3 模糊控制器结构

 

  图4 位置阶跃响应

图5 输入200 rad s时的正弦响应

图5 输入200 rad/s时的正弦响应

 

 

 

 
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