【摘要】：在航空領(lǐng)域,多電航空發(fā)動機(jī)已經(jīng)成為先進(jìn)航空推進(jìn)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。作為供油系統(tǒng)的主要部件,航空電動燃油泵對動力控制系統(tǒng)的性能影響重大。本文完成了航空電動燃油泵及其控制系統(tǒng)的建模,結(jié)合航空動力裝置控制系統(tǒng)的需求對電動燃油泵的控制技術(shù)開展了研究。首先分析了航空電動燃油泵的工作原理和性能需求,研究了永磁容錯電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與調(diào)速原理,分析了齒輪泵的工作原理、供油流量特性以及主要性能參數(shù)。其次,本文以電機(jī)電流環(huán)為內(nèi)環(huán),燃油泵流量環(huán)為外環(huán)設(shè)計(jì)了電動燃油泵的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)了PI控制器并整定了控制參數(shù),研究了齒輪泵的瞬時流量脈動模型和實(shí)時動態(tài)扭矩計(jì)算方法,基于MATLAB/Simulink平臺進(jìn)行了電動燃油泵完整系統(tǒng)的建模與仿真,分析了系統(tǒng)供油特性。然后,結(jié)合先進(jìn)控制理論,基于冪次變指數(shù)趨近律和動態(tài)切換面設(shè)計(jì)了新型滑模變結(jié)構(gòu)控制器,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了可在線整定控制參數(shù)的PI控制器,結(jié)合深度信念網(wǎng)絡(luò)和滑模理論設(shè)計(jì)了可以在線調(diào)參的滑�？刂破�,并通過仿真研究了上述三種新型控制器的穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性和魯棒性。最后,介紹了所設(shè)計(jì)的電動燃油泵一體化結(jié)構(gòu),在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺上開展了PI和滑模兩種控制器的電機(jī)調(diào)速試驗(yàn),驗(yàn)證了矢量控制系統(tǒng)的可行性和兩種控制算法的特性。
【圖文】：

圖 1.1 多電發(fā)動機(jī)主要技術(shù)組成統(tǒng)航空發(fā)動機(jī)中，動力系統(tǒng)主要由液壓或者氣動機(jī)械式調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，給主是由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動的附件齒輪箱，這些復(fù)雜機(jī)械液壓結(jié)構(gòu)傳動裝置及以占發(fā)動機(jī)總重量的 20%。傳統(tǒng)航空發(fā)動機(jī)中的燃油泵大多為齒輪泵，為實(shí)現(xiàn)精確供油，多余的燃油需要流回油箱，這樣大量回油會損耗一定動機(jī)中的電動燃油泵由獨(dú)立電機(jī)及控制器驅(qū)動，可以根據(jù)實(shí)際需要的燃動電機(jī)轉(zhuǎn)速，盡量減少回油甚至無需回油，從而簡化了燃油動力控制系統(tǒng)效率，一定意義上也增強(qiáng)了可靠性。因此，電動燃油泵可以一定程度、推重比以及維護(hù)性等日益嚴(yán)苛的高性能要求，研究意義重大。動力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求包括[19]：（1）性能要求，主要包括在任何干擾下工作狀態(tài)的穩(wěn)定性都達(dá)標(biāo)；控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度高，以保證動力裝置的性靠；動態(tài)性能良好且品質(zhì)可靠。（2）重量要求，航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中的最是推重比要大，這就要求發(fā)動機(jī)部件重量都要減輕，對控制系統(tǒng)也不例，指能夠在要求范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能，是良好性能的前提，這在航空領(lǐng)靠性設(shè)計(jì)繁重而復(fù)雜，需要大量的試驗(yàn)、積累大量的資料才能做出符

圖 1.4 Vikers 集成封裝燃油泵 圖 1.5 電動渦輪泵剖視圖博世公司研制的電動渦輪燃油泵中的葉片泵渦輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，進(jìn)出油口放在殼體兩端，殼體結(jié)構(gòu)得到很大簡化，如圖 1.5 所示。在工作時，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動帶動傳動軸從而驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，將燃油吸入殼體內(nèi)部浸泡轉(zhuǎn)子從而帶走熱量起到冷卻作用。蘭州理工大學(xué)研制的葉片集成式電液泵采用三相異步電機(jī)驅(qū)動葉片泵，泵中心軸和電機(jī)內(nèi)部相連，從而縮小了一半體積，減少了 7dB 噪聲[15]。1.2.4 電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀近年來，現(xiàn)代控制理論發(fā)展逐漸成熟，在電氣領(lǐng)域已經(jīng)得到越來越普遍的推廣應(yīng)用，交流電機(jī)的調(diào)速策略從最早的比值恒定或者轉(zhuǎn)差頻率控制策略，已經(jīng)發(fā)展到先進(jìn)的矢量或直接轉(zhuǎn)矩控制策略，瞬時轉(zhuǎn)矩控制的精準(zhǔn)度得到較大提升，加速度控制、速度控制以及位置控制等性能進(jìn)步明顯。永磁同步電機(jī)所采用的控制技術(shù)中，，PID 類型的控制器原理簡明、結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)物理意義明確、易于實(shí)現(xiàn)、理論體系完整且控制穩(wěn)態(tài)精度較高，仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。在復(fù)雜工況的應(yīng)用場合，由于對控制性能的要求逐漸變高，常規(guī) PID 控制器采用一組控制參數(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)控制對象的模糊不確定或參數(shù)的變化，難以克服控制系統(tǒng)受到的各種
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V233.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2701914