新型直接驱动式液压伺服泵的基础研究

基本信息
批准号:51235002
项目类别:重点项目
资助金额:280.00
负责人:焦宗夏
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2012
结题年份:2017
起止时间:2013-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:严亮,王晓东,尚耀星,吴帅,张睿,李洋,梁惠升,黄澄,汪成文
关键词:
液压伺服泵直接驱动直接驱动电静液作动器
结项摘要

To meet the growing demand of power-by-wire (PWB) technology in more-electric aircrafts, ships and engineering machinery, a novel servo hydraulic pump with electromagnetically direct-driven pistons is proposed. The employment of this new technology can significantly facilitate the control of pressure and flow rate, and improve the accuracy. Moreover, the servo pump also offers the system advantages of fast response, high reliability & long lifespan, and large power density etc. It is especially suitable for applications in electro-hydrostatic actuators as the key driving element. This project targets to solve the critical scientific problems such as the design methodology of high fault-tolerant system structures & adjustable fluid rectification mechanisms, the operating principle of energy conversion & vibration in high speed fluid-solid coupling motions, the high power density linear driven method and control principle of fluid-solid coupling motions. The major contributions and breakthroughs in this research will include but not limited to the fault tolerance structure design and flow rate & pressure control, high power density linear driven technology & energy conversion, analysis & self-adaptive suppression of vibration noise in high speed fluid-solid coupling motion, and coordination of multiple pistons. We expected that, through the accomplishment of the project, the fundamental theories for this novel type of electromagnetically direct-driven servo pump will be established systematically and comprehensively, and the achievements could technically support the subsequent studies in this area. Due to the high originality of this work, it may initiate a completely new research direction for electromagnetically direct-driven servo pumps.

针对多电飞机、船舶等重大装备对高性能功率电传(Power By Wire)技术日益增长的迫切需要,提出一种电磁直接驱动柱塞的新型液压伺服泵,通过谐振式直线伺服电机直接驱动活塞吸排油,采用创新交互式配流代替配流盘,实现液压泵流量与压力的伺服控制,具有动态特性好、功重比高、流量压力控制灵活、模块化组合、容错能力强和可靠性高等突出优点,特别适合于作为电静液作动器的核心驱动部件使用。该课题将主要解决新原理液压泵的高容错结构的创新与配流调控机制、高功率密度直线驱动的能量转换与振动机理、伺服泵协调运动控制与控制策略等科学问题,重点突破容错结构的设计与流量压力控制、高功率密度直线驱动式谐振电机、高速固液耦合作用下的振动噪声及自适应抑制、多柱塞运动的协调控制等关键技术。为电磁直接驱动这一新原理伺服泵奠定系统完整的理论基础,并形成关键技术支撑。该项目原创性强,预期将开创直接容积伺服驱动这一全新领域。

项目摘要

多电是未来飞机的重要发展方向,其中功率电传作动是多电飞机最关键的技术之一。目前发展较快的主要是电静液作动(EHA)技术,采用旋转电机-柱塞泵-作动器三元件串联的控制模式,存在频宽低、可靠性与寿命差、精度低等问题。本项目针对多电飞机对高性能功率电传技术日益增长的迫切需要,创新性地提出一种电磁直接驱动柱塞的液压伺服泵,通过谐振直线伺服电机直接驱动活塞吸排油的同时,带动后端阀口进行交互式配流,实现液压泵流量与压力的伺服控制,具有动态特性好、功重比高、流量压力控制灵活、模块化组合、容错能力强和可靠性高等突出优点,特别适用于电静液作动核心驱动部件。该项目原创性强,对于开创直接容积伺服驱动这一全新领域,推动飞机多电化发展具有重要作用。.项目重点开展了新原理液压泵高容错结构构建与配流调控机制研究,高功率密度直线谐振驱动工作机理探索,直驱泵固液耦合作用及流量脉动的自适应抑制,及多通道多变量的协调控制等研究。取得了如下重要结果:提出新型复合哈尔巴赫磁极阵列,使直线电机谐振频率达到了100Hz国际先进水平;发现了直线电机谐振频率与系统频宽的相关性,系统动态输出特性可高达7-15Hz,相比传统旋转作动系统有明显优势;提出基于无穷可微函数的主动控制方法,为抑制流量脉动提供了有效手段;突破了容错结构设计与流量压力控制等关键性技术,完成了电磁直接驱动新原理伺服泵的样机研制及原理性验证,为自馈能刹车系统直线泵的取能装置的设计提供理论和技术基础。以上研究内容已满足并超过预期计划。.初步取得如下成果:1.在IEEE/ASME Trans. on Mech.、IEEE Trans. on Ind. Elec.等领域内顶级期刊和国际会议发表论文101篇,其中SCI 43篇;出版专著2部。2.受到皇家工程院院士、IEEE/ASME Fellow等国际同行积极关注和引用,SCI引用600余次,2篇论文入选ESI高引论文。3.国家发明二等奖1项(排名1);何梁何利科学与技术进步奖1项;省部级科技一等奖2项(排名1);IEEE国际会议最优论文奖1项(排名1)。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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