正开口阀在电液负载模拟器中的应用

　　0 引言

　　电液负载模拟器是典型的被动式电液伺服加载系统,多余力矩的存在严重影响系统的性能。为有效抑制多余力矩,研究者提出了各种方法,其中,采用正开口阀加载就是从结构上抑制多余力矩的方法之一。本文从正开口阀的流量增益、压力增益和流量-压力系数入手,分析了正开口阀抑制多余力矩的机理,给出流量伺服阀、压力伺服阀、流量-压力伺服阀控制电液负载模拟器时阀开口量的确定办法,并通过实验验证了和正开口阀有相似加载特性的加载马达两腔开连通孔时抑制多余力矩的有效性,为正开口阀用于电液负载模拟器提供了依据。

　　1 电液负载模拟器的数学模型

　　本文研究的电液负载模拟器结构原理图如图1所示,左侧为承载对象,即舵机位置伺服系统,右侧为加载系统。两个系统通过连接环节连接在一起,并分别跟踪各自给定信号,进行位置伺服控制和力伺服控制。在整个飞控系统的半实物仿真中,两个系统在中央仿真计算机的控制下同步工作,两个系统耦合在一起,互相作用,互相影响,属于典型的被动式电液伺服加载系统。根据图1,可以得到流量伺服阀、压力伺服阀、流量-压力伺服阀控制下电液负载模拟器的输出力矩动态特性方程分别如式(1)、(2)、(3)所示,公式推导和参数含义见文献[1]。在式(1)、(2)、(3)中,分子均由两项构成,其中第一项为由给定信号产生的输出,第二项为舵机位置扰动产生的多余力矩。

　　2 正开口阀控制摆动马达被动加载分析

　　假设4个节流窗口匹配且对称,各阀口流量系数相同,工作范围在正开口范围内,即|xv|≤U,阀芯和阀套的间隙为D,且假设回油压力p₀=0。则当阀芯移动xv后,各节流窗口的面积为:

　　当阀芯移动xv时:

　　A₁、A₂、A₃、A₄—对应于节流窗口1、2、3、4的实际过流面积

　　w—阀的面积梯度

　　则根据薄壁小孔节流公式得正开口四通滑阀的压力-流量特性方程为:

　　式中参数含义见文献[1]。根据式(8),可求得正开口阀的流量增益、流量-压力系数和压力增益分别为:

　　由图2和式(9)、(10)、(11)可知,与零开口比较,采用正开口、且阀芯位移在正开口范围内工作的滑阀时,负载流量由两个节流窗口同时提供,使负载流量增益比零开口增加了1倍,且阀的压力-流量特性曲线线性度比零开口阀好,这有利于系统的综合、校正。压力-流量特性曲线分布均匀、斜率变大、使压力受流量的干扰小。随着阀正开口的加大,阀的零位流量-压力系数增大,可以提高系统的阻尼比,从而使系统抗干扰能力增强,但同时阀的刚性下降,而阀的压力增益随着正开口的加大而降低。采用正开口阀,宏观上看,相当于在零开口伺服阀的基础上,在结构上引入了/前馈补偿0,可以快速的缓冲和克服由于强迫流量所带来的多余力矩干扰,这比起从控制策略上补偿速度要快得多。其明显缺点是零位损失大。