泵阀协调控制电动静液作动器方案分析

　　未来多/全电飞机(more/all electric aircraft)的机载作动系统将采用新型功率电传PBW(Pow-er-By-W ire)作动器,电动静液作动器EHA(Elec-tro-Hydrostatic Actuator)是其中一种重要的实现形式^[1-2].典型的EHA系统属于容积控制系统,没有阀参与控制,按照控制方式的不同分为以下量定转速型(EHA-VP)和变排量变转速型(EHA-VSVP).

　　典型的EHA系统较传统的阀控系统效率高,但其液压固有频率只有阀控系统的,因此其动特性较阀控系统的差^[6].文献^[7]提到了一种电机泵阀协调控制的EHA方案,需同时控制3个功率部件,控制比较复杂,同时结构复杂性明显加大.为了使作动器能够既兼顾系统效率和频响,又不会导致系统结构和控制复杂度的大幅度增加,在典型EHA系统的基础上,引入了控制阀来参与控制系统流量和压力,通过适当牺牲系统的效率来达到提高EHA系统频响的目的,这样既可以满足系统高工况时的频响要求,又可以在低工况时具有很高的效率.以下3种泵阀协调控制的EHA系统方案正是基于以上想法提出的.

　　1 3种泵阀协调控制的EHA系统

　　1. 1 采用电液伺服阀的EHA系统

　　电液伺服阀EHSV (Electro-Hydraulic ServoValve)用于连接系统的电气与液压部分,将输入的小功率电信号转变为阀的运动,而阀的运动又可以控制液压能源流向液压执行机构的流量与压力,实现电、液信号的转换和放大,以及对液压执行机构的控制.由于EHSV具有控制精度高、动态响应好、频响快等优点,在液压控制系统中得到了广泛的应用.因此该方案在EHA系统中引入了第1级采用双喷嘴挡板阀的两级电液伺服阀参与控制.采用EHSV的EHA系统组成及原理图如图1所示.

　　该方案采用直流无刷电机驱动定量泵,电机单方向旋转,靠EHSV换向,以提高EHA系统的动特性,回避了电机换向或泵换向的非灵敏区及大惯量,相对于双向旋转电机提高了系统的频宽;低压蓄能器6作为增压油箱;高压蓄能器8用于吸收泵的压力脉动,同时可为系统提供瞬时流量;压差传感器12实时检测负载压力,使系统在工作过程中尽可能使泵源输出压力接近负载压力,提高整体效率.

　　该方案对比泵控方案,由于存在EHSV,系统不可避免地存在节流损失,但相对泵控系统,其最大响应可以达到阀控系统的响应,对比传统的阀控系统,由于对泵源输出压力进行了合理的调配,效率可以有较大提高.

　　1. 2 采用直接驱动阀的EHA系统

　　直接驱动阀DDV(Directdrive Valve)采用直线位移力马达驱动阀芯,随着稀土永磁材料的发展,小惯量的力马达能够提供很大的输出力,保证了DDV的高响应和高频带.同时DDV较EHSV中依靠射流产生压差驱动阀芯而言,从原理上大大降低了静态泄漏,而且提高了抗污染能力^[8].因此该方案在EHA系统中引入了DDV参与控制.