直线电机驱动水压柱塞泵的控制策略研究

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潜艇疏水系统是保障潜艇生命力的重要系统,也是潜艇中主要振动噪声源之一,如果噪声和振动得不到有效的控制或消除,对潜艇来说,会使整艇的噪声变大、隐蔽性降低、战斗力下降。目前,潜艇中使用的疏水泵组采用的都是柱塞泵,常用柱塞泵主要包括曲柄连杆柱塞泵和轴向柱塞泵,一方面,旋转电机、主轴、蜗轮蜗杆和斜盘等中间回转机构都存在偏载力和不平衡力矩,引起较大的机械振动噪声;另一方面,传统水泵的流量脉动大,产生的压力脉动幅值大,脉动力不仅作用于管内流体,且流体脉动反射波作用于泵体及管系上,引起系统级的振动噪声。将直线电机作为柱塞泵的动力端可以很好的解决以上问题。因此,开展新型直线电机驱动水压柱塞泵的研制具有十分重要的意义。  本文考虑了泵阀在工作过程中因液体的可压缩性引起的弹性模量、密度的变化,建立了各柱塞腔内压力、单个柱塞排水流量、进出口阀板升程、泵出口总流量的动态模型。与不考虑流体属性变化的模型相比,该模型避免了泵阀在开启和关闭阶段升程为零时运动微分方程存在奇点的问题,提出一种利用多个直线电机组合驱动柱塞泵实现恒流量输出的规划,并对泵阀响应滞后和电机相位误差对泵出口总流量脉动的影响进行估计,明确了它们是导致直线电机驱动水压柱塞泵出口流量脉动的主要因素,为利用直线电机控制策略优化泵出口流量脉动的后续工作提供理论依据。  在此基础上,搭建了以PMAC控制器为核心的伺服控制系统,结合PMAC控制器内部强大的伺服环结构,对电机的控制参数进行调节与优化,有效的提高了电机的控制精度。同时对电机的运动曲线、多电机的异相同步运动控制进行规划,提出多种组合控制方式,并给出理论上的适用性分析,为直线电机控制策略影响柱塞泵流体特性分析提供了方法支持。  针对直线电机驱动水压柱塞泵样机测试平台,设计配套软件,实现电机系统的自动化控制,完成对流量压力测试装置、柱塞运动状态的监控,建立完整的材料摩擦磨损实验数据库为摩擦副选型配对提供数据支持。  在实验测试对比的基础上,揭示了电机运动控制策略对柱塞泵系统机械噪声和流体噪声的影响。研究结果从系统整体振动噪声的角度分析了:基于PMAC控制下的三种插补算法LINEAR,SPLINE和PVT,电机的两种速度规划三角波和S型曲线以及多电机异相同步控制方式TIMEBASE和插补点同步的适用性。
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