變量泵斜盤電液伺服控制系統的功能試驗

在數字仿真的基礎上，在航空發動機泵后燃油壓力范圍內將FF102伺服閥簡化為一階慣性環節，即

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

式中：Q_L、u分別為伺服閥輸出流量和輸入電壓；Kv、Tv分別為伺服閥一階環節增益和時常數。伺服閥單位階躍信號的響應時間不超過5ms。伺服閥向雙作用液壓缸輸入高壓燃油推動活塞運動，這一過程可以簡化描述為積分環節，即

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

式中；X_P為液壓缸活塞位移；Q、A_P分別為液壓缸進油流量和有效作用面積；KL為整合活塞位移增益，K_L=Q/A_P。

斜盤位置閉環控制系統框圖如圖10所示。

由于系統前向通道中已存在積分環節，控制算法G_c使用PID控制的比例控制算法，將指令信號與反饋信號的差值乘以比例系數后，轉換為電壓信號進入電液伺服閥。

變量泵斜盤位置電液伺服控制系統在X形航空發動機特性仿真試驗系統上進行了功能試驗。試驗系統通過大功率直流電動機，經齒輪減速機構拖動變量柱塞泵，其中，電動機轉速采用手動調節。泵出口油路安裝了節流針閥，手調針閥的開度可設定初始泵后壓力。使用計算機對液壓缸活塞位置進行控制，對應斜盤角最大、最小位置的活塞限位分別為15.5mm和29.0m。軟件工作過程中，記錄變量泵的輸出流量和活塞位置。

(1)液壓伺服控制系統靜態特性。斜盤位置控制的靜態重現性表現在液壓缸活塞位置到達同一點時，同轉速下的泵輸出流量一致。試驗中，針閥開度調至最大，手動控制變量泵轉速分別為2730r/min和2366r/min。取液壓缸活塞位置分別為15.5、18.0、22.5、26.0mm和29.0mm的5個觀測點，記錄泵輸出燃油流量。試驗數據見下表。從表中數據可知，斜盤位置在變化過程中處于同一位置點時，燃油泵輸出流量基本一致，最大差值為42L/h。考慮到渦輪流量計信號誤差及流量波動，小于50L/h的流量差值在可接受范圍以內。斜盤位置控制的重現性符合系統要求。

斜盤位置控制的靜態重現性試驗數據

斜盤位置/mm	燃油流量/（L·h-1）
	變量泵轉速2730r/min	變量泵轉速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

斜盤位置控制的穩定性表現在：油缸活塞指令位置固定，在轉速變化時，活塞位置不因轉速變化而出現靜態誤差。試驗取液壓缸位置指令為22.5rm，改變變量泵轉速，觀測輸出流量，試驗數據見下表。對下表數據進行擬合后發現，輸出流量與轉速線性度很好，說明轉速提升過程中活塞位置穩定。

斜盤位置控制的穩定性試驗數據

泵轉速/（r·min-1）	燃油流量/（L·h-1）		泵轉速/（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)液壓伺服控制系統動態特性。電液伺服閥的響應速度隨供油壓力的升高而加快，輸出流量也隨之增大；顯然液壓缸活塞的運動速度也隨泵后壓力的升高而加快。因此，想知道系統是否滿足斜盤角度最大到最小的時間要求，只需要針對供油壓力較低的情況進行功能試驗。試驗選取了X形航空發動機工作中燃油泵后壓力最低的一組參數，通過調節泵轉速和針閥開度獲得相應的供油壓力，控制液壓缸活塞運動，觀測活塞位置動態響應過程。試驗結果如圖11所示。

從圖11可以看出，即使是在供油壓力較低情況下，活塞位置從15.5mm運動至29.0mm和從29.0mm返回15.5mm所需時間均不超過1s，仍然大幅低于1.5～2.5s的系統要求。

該種變量柱塞泵斜盤的電液伺服控制系統，使用泵后煤油作為伺服閥油源，

有效簡化了液壓系統結構。經過功能試驗證明，經簡化的伺服控制系統動態響應速度快，位置控制重現性、泵流量線性度好，作為航空渦輪燃氣發動機燃油控制機構，能夠滿足轉速/流量控制要求，減小了液壓系統體積和質量，有助于提高發動機推重比。