基于模拟退火遗传算法的电液伺服马达超低速性能

    高精度电液伺服马达用于直接驱动仿真转台,避免了因间接驱动转台时传动机构引起的系统刚度差、非线性度高、控制精度低等缺点[1].有些飞行器是靠自旋转稳定的,要求仿真转台能够模拟飞行器在飞行过程中绕自身中心轴的连续滚动,因此,采用摆动式电液伺服马达已经不能满足使用要求.为此,马建设等[2]开展了高性能直接驱动式连续回转电液伺服马达的研究.根据多次试验测定,结果表明连续回转电液伺服马达综合性能指标良好,但其超低速性能仍不能满足要求,出现规律性的局部爬行或振荡现象,而低速性能的优劣是电液伺服马达能否满足仿真转台要求的关键因素之一[3-4].因此,改善连续回转电液伺服马达的低速性能是目前急需解决的关键问题.

    本文针对连续回转电液伺服马达超低速运行时局部爬行及振荡现象,在考虑转换过程中容腔内部压力、流量变化、泄露和摩擦特性的基础上,对马达高、低压腔间定子压力预过渡曲线及叶片转换配油三角槽的特性进行研究.通过采用自适应改进模拟退火遗传算法进行计算,不仅得出了合理的马达定子预过渡曲线,而且得到了配油三角缓冲槽理论公式和最佳尺寸.为验证所设计的定子预过渡曲线和配油三角缓冲槽的合理性,本文进行试验测试,结果令人满意.

    1　工作原理

    图1所示为连续回转电液伺服马达工作原理图.图中:虚线表示叶片根部供油油路;点划线表示电液伺服马达的泄漏油路;实线为电液伺服马达工作腔的控制油路.

　　连续回转电液伺服马达工作原理为:当叶片运行在定子工作区(定子内曲线大、小半径圆弧段)时,叶片根部油腔油液的压力由减压阀进行调控,保证叶片顶部与定子内曲面的可靠密封;当叶片运行到定子过渡区(定子内曲线过渡段)时,叶片根部油腔油液和顶部工作腔油液通过特定配流机构连通.

　　近年来,随着对马达性能指标要求的提高,高次定子曲线因其在控制叶片的振动、改善叶片的受力状态及提高马达的动静态特性方面具有明显的优势而越来越受到广泛的重视.本文连续回转马达定子过渡区采用8次高次曲线,其方程为

式中:R2、R1分别为定子大、小半径;α为过渡曲线的包角;φ为转子转角.

    马达采用8次曲线作为定子内表面过渡曲线能得到良好的动静态特性,目前影响超低速特性的主要原因在于高低压转换过程中的压力冲击.

    2　马达高、低压转换过程流量及压力特性

　　解决转换压力冲击的根本在于使密闭容腔压力进行平稳过渡.相邻两叶片组成的工作腔在高、低压腔间进行转换时,如果在封油区没有压力预过渡,则会出现“压力冲击流”,从而导致压力脉动及低速爬行[5].同时,三角缓冲槽直接将密闭工作腔与转换容腔联通进行压力缓冲,从而避免压力冲击[6].因此,解决转换压力冲击的有效措施可以通过合理设计预过渡曲线及三角缓冲槽形状来实现.