变量泵斜盘电液伺服控制系统的功能试验

变量泵斜盘电液伺服控制系统的功能试验

在数字仿真的基础上，在航空发动机泵后燃油压力范围内将FF102伺服阀简化为一阶惯性环节，即

                     Q_L(S)/u(s)=K_V/(T_V+1)               (9-5)

式中：Q_L、u分别为伺服阀输出流量和输入电压；Kv、Tv分别为伺服阀一阶环节增益和时常数。伺服阀单位阶跃信号的响应时间不超过5ms。伺服阀向双作用液压缸输入高压燃油推动活塞运动，这一过程可以简化描述为积分环节，即

                  X_P(S)/Q_L(S)=(Q/A_P)/S=K_L/S              (9-6)

式中；X_P为液压缸活塞位移；Q、A_P分别为液压缸进油流量和有效作用面积；KL为整合活塞位移增益，K_L=Q/A_P。

斜盘位置闭环控制系统框图如图10所示。

由于系统前向通道中已存在积分环节，控制算法G_c使用PID控制的比例控制算法，将指令信号与反馈信号的差值乘以比例系数后，转换为电压信号进入电液伺服阀。

变量泵斜盘位置电液伺服控制系统在X形航空发动机特性仿真试验系统上进行了功能试验。试验系统通过大功率直流电动机，经齿轮减速机构拖动变量柱塞泵，其中，电动机转速采用手动调节。泵出口油路安装了节流针阀，手调针阀的开度可设定初始泵后压力。使用计算机对液压缸活塞位置进行控制，对应斜盘角最大、最小位置的活塞限位分别为15.5mm和29.0m。软件工作过程中，记录变量泵的输出流量和活塞位置。

(1)液压伺服控制系统静态特性。斜盘位置控制的静态重现性表现在液压缸活塞位置到达同一点时，同转速下的泵输出流量一致。试验中，针阀开度调至最大，手动控制变量泵转速分别为2730r/min和2366r/min。取液压缸活塞位置分别为15.5、18.0、22.5、26.0mm和29.0mm的5个观测点，记录泵输出燃油流量。试验数据见下表。从表中数据可知，斜盘位置在变化过程中处于同一位置点时，燃油泵输出流量基本一致，最大差值为42L/h。考虑到涡轮流量计信号误差及流量波动，小于50L/h的流量差值在可接受范围以内。斜盘位置控制的重现性符合系统要求。

斜盘位置控制的静态重现性试验数据

斜盘位置/mm	燃油流量/（L·h-1）
	变量泵转速2730r/min	变量泵转速236r/min
15.5 18.0 22.5 26.0 29.0 26.0 22.5 18.0 15.5	8010 6518 4003 2087 653 2119 4035 6560 8008	6919 5628 3437 1803 590 1824 3478 5660 6919

斜盘位置控制的稳定性表现在：油缸活塞指令位置固定，在转速变化时，活塞位置不因转速变化而出现静态误差。试验取液压缸位置指令为22.5rm，改变变量泵转速，观测输出流量，试验数据见下表。对下表数据进行拟合后发现，输出流量与转速线性度很好，说明转速提升过程中活塞位置稳定。

斜盘位置控制的稳定性试验数据

泵转速/（r·min-1）	燃油流量/（L·h-1）		泵转速/（r·min-1）	燃油流量/（L·h-1）
2760 2545 2325 2100 1810	4050 3717 3385 3041 2602		1520 1305 1806 800 580	2172 1840 1515 1100 800

(2)液压伺服控制系统动态特性。电液伺服阀的响应速度随供油压力的升高而加快，输出流量也随之增大；显然液压缸活塞的运动速度也随泵后压力的升高而加快。因此，想知道系统是否满足斜盘角度最大到最小的时间要求，只需要针对供油压力较低的情况进行功能试验。试验选取了X形航空发动机工作中燃油泵后压力最低的一组参数，通过调节泵转速和针阀开度获得相应的供油压力，控制液压缸活塞运动，观测活塞位置动态响应过程。试验结果如图11所示。

从图11可以看出，即使是在供油压力较低情况下，活塞位置从15.5mm运动至29.0mm和从29.0mm返回15.5mm所需时间均不超过1s，仍然大幅低于1.5～2.5s的系统要求。

该种变量柱塞泵斜盘的电液伺服控制系统，使用泵后煤油作为伺服阀油源，

有效简化了液压系统结构。经过功能试验证明，经简化的伺服控制系统动态响应速度快，位置控制重现性、泵流量线性度好，作为航空涡轮燃气发动机燃油控制机构，能够满足转速/流量控制要求，减小了液压系统体积和质量，有助于提高发动机推重比。