摘 要：現(xiàn)階段應(yīng)用于實(shí)際的航空液壓泵源測試系統(tǒng)當(dāng)中，存在很多非線性特性，而矢量控制變頻器能夠?qū)ο到y(tǒng)的這類特性，進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)一步提出了兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對其特性的有效測試。

關(guān)鍵詞：航空液壓泵；矢量控制；轉(zhuǎn)速控制

中圖分類號：V216.8 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)正常運(yùn)行的重要能源元件，具有高壓、大流量與高轉(zhuǎn)速特點(diǎn)的航空液壓泵，其使用價(jià)值更高。為不斷提升航空液壓泵的性能，常采用變頻調(diào)速的通用電機(jī)，驅(qū)動航空液壓泵，對其進(jìn)行地面檢測試驗(yàn)。完善的測試系統(tǒng)，需要保證其轉(zhuǎn)速具有較強(qiáng)魯棒性，進(jìn)而獲得真實(shí)的性能測試結(jié)果，為液壓泵的研究與安全使用，提供可靠依據(jù)。

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(dāng)中，交流電機(jī)變頻調(diào)速與節(jié)流加載，分別是系統(tǒng)的驅(qū)動與加載方式，可以此為基礎(chǔ)構(gòu)建航空液壓泵源測試系統(tǒng)模型。系統(tǒng)當(dāng)中，由于試驗(yàn)對象的出油口壓力pd，會直接影響其輸出轉(zhuǎn)矩TP，進(jìn)而干擾其輸出轉(zhuǎn)速ω的穩(wěn)定性，三者之間的簡化關(guān)系如下：

式中的CL表示液壓泵的總泄露系數(shù)；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(fù)載容積；而γ為液壓泵的斜盤傾角。

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

采用矢量控制變頻器驅(qū)動電動機(jī)時(shí)，其內(nèi)置的矢量控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與控制，但一旦出現(xiàn)壓力突變等問題時(shí)，實(shí)測電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速也會發(fā)生突變，且無法恢復(fù)到原設(shè)定值，進(jìn)而對測試工作造成極大的影響[1]。而構(gòu)建轉(zhuǎn)速控制方案，主要目的就是保證試驗(yàn)對象的輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性與出油口壓力等參數(shù)的準(zhǔn)確性，避免參數(shù)變化對測試工作產(chǎn)生干擾作用，保證液壓泵輸出轉(zhuǎn)速的快速響應(yīng)與魯棒性。

2 基于矢量控制的轉(zhuǎn)速控制方案

2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案

基于徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)的智能控制器（簡稱為RBF控制器），和基于對角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)速控制方案。

由于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)為雙速度反饋結(jié)構(gòu)，形象的來說，就是該網(wǎng)絡(luò)有n個(gè)輸入和1個(gè)輸出，利用其本身具備的高精度函數(shù)逼近功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控測試模型的變化。在實(shí)際應(yīng)用期間，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的標(biāo)準(zhǔn)精度的指數(shù)運(yùn)算結(jié)果備份至內(nèi)存，能夠有效減少計(jì)算時(shí)間，提升一般工控機(jī)中控制算法的應(yīng)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(jì)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(jìn)行正確處理。

對上述兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案進(jìn)行仿真試驗(yàn)，能夠得到如下結(jié)果：①當(dāng)測試系統(tǒng)下達(dá)4kr/min的指令時(shí)，負(fù)載速度影響結(jié)果表示，穩(wěn)態(tài)值的附近存在小幅、高頻抖動現(xiàn)象，調(diào)節(jié)時(shí)間短，穩(wěn)態(tài)誤差能夠滿足實(shí)際要求；②當(dāng)液壓負(fù)載變化時(shí)，在270N·m的干擾力矩下，速度出現(xiàn)塌陷，而在控制器的作用下，問題及時(shí)得到了解決，實(shí)現(xiàn)了測試系統(tǒng)的快速性與魯棒性。

總結(jié)兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，在外界環(huán)境因素的影響下，均表現(xiàn)出較強(qiáng)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(shí)踐過程中需要大量的輸入信息；測試系統(tǒng)易受參數(shù)變化的影響等問題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案還有待完善。

2.2 無源控制方案

基于能量觀點(diǎn)提出的無源控制方案，相對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，具有較高的實(shí)用性。無源控制方案中，測試系統(tǒng)物理特征體現(xiàn)出來的自然屬性，是控制器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，不依賴對象模型精準(zhǔn)線性化的設(shè)計(jì)過程。無源控制方案無奇異點(diǎn)，也就是說，對位置參數(shù)與未建模動態(tài)具有較高的魯棒性，能夠?qū)y試系統(tǒng)中的非線性特征的本質(zhì)進(jìn)行有效控制。

在系統(tǒng)構(gòu)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(bǔ)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(fù)函數(shù)；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(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)，無源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能量平衡狀態(tài)，進(jìn)而作用于非線性與時(shí)變動態(tài)等多種特征測試系統(tǒng)當(dāng)中[2]。

無源系統(tǒng)之間通過標(biāo)準(zhǔn)反饋互聯(lián)，能夠得到一個(gè)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(jìn)穩(wěn)定的特征。在進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，通過給定的存儲函數(shù)，就可對閉環(huán)系統(tǒng)的無源性進(jìn)行再現(xiàn)。測試系統(tǒng)的無源性與這種再現(xiàn)過程的關(guān)系，即能量平衡由無源系統(tǒng)內(nèi)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(jié)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(zhuǎn)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(guān)分析，設(shè)計(jì)一個(gè)能量成型的控制器，能夠讓電流匯聚到一個(gè)理想值，進(jìn)而輸出所需轉(zhuǎn)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(shí)用性更強(qiáng)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案的運(yùn)用，能夠保證控制結(jié)果的可靠性。對此，在未來的研究過程中，應(yīng)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(xiàn)

[1]馬紀(jì)明，宋岳恒，盧岳良，祁曉野，付永領(lǐng)，羅 經(jīng).航空液壓泵加速壽命試驗(yàn)現(xiàn)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(jì)明，阮凌燕，付永領(lǐng)，柯 兵，陳 娟，祁曉野，羅 經(jīng).航空液壓泵加速壽命試驗(yàn)現(xiàn)狀[J].液壓與氣動，2015（06）：6～12.

收稿日期：2018-3-26