● 摘要
多电技术成为了飞机未来发展的一大趋势，是当下研究的热点，功率电传电静液作动系统是其核心技术之一。目前已有的或是正在研发的电静液作动器，主要采用旋转伺服电机驱动轴向柱塞泵的架构作为核心能源。轴向柱塞泵属于传统的液压部件，其最初设计的应用是为液压系统提供能源，并不是用作伺服系统的传动部件，因此虽结构成熟，但却相当复杂。如此复杂的结构作为伺服控制系统的传动环节，存在着摩擦磨损限制使用寿命、惯性较大限制响应速度，结构复杂难以余度配置等缺点。因此有必要专门针对静液伺服传动，设计一种新型的液压泵部件，尽量在保留原有的泵结构的优势的同时，又能突破性的提升伺服传动性能，使得以此为核心能源的静液作动系统，具有较为优异的性能。
本文设计了一种由电磁式直线振荡电机驱动的直线活塞泵，并提出了新型的协同配流结构，以此为驱动能源，组成了电静液作动系统，研究并分析了其机理，测试了相关性能，并对直线泵的结构进行了优化，为迭代设计打下了基础。具体内容包括以下四个方面：
(1) 设计了具有吸排和配流功能的直线泵单元，将活塞杆与阀芯进行了一体化设计，并引入电磁式直线振荡电机对泵单元动子进行驱动和控制，从结构原理上消除了动子侧向力的产生，并提升了直线往复驱动的机械效率。为了进一步提高系统的集成度，使泵系统更加适合双向的静液伺服驱动，提出一种协同配流的结构原理。利用了每个直线泵单元动子单独控制的优势，通过两个乃至多个单元的运动配合，使组合后的系统具有双向可控的流量输出能力，为后级的作动器提供能源。通过逻辑化的运动学建模，以定理证明的方式，给出了符合功能要求的协同配流拓扑结构，并基于最优的双单元基本构型，分析了典型配合情况下的几何流量特性，并与现有的直线泵进行比较，突出了新结构的特点和优势。
(2) 针对典型的协同配流直线泵模块，进行了物理样机的结构设计，为了缓解轴系径向配合导致的同轴度要求严苛的问题，采用了杠杆摇臂的结构作为活塞杆与阀芯的连接传动环节，同时也缩小了系统的轴向尺寸。结合样机的设计构型与参数，建立了系统各个部件的动力学模型，分析了直线泵模块的变量原理，对变量过程进行了动力学仿真与试验测试分析。考虑了工作过程中可能发生的逆向传动工况，对协同配流直线泵的逆向传动特性进行分析，证明了逆向传动的可行性、周期性与不稳定性。
(3) 设计了基于直线振荡电机驱动协同配流直线泵的电静液作动系统，分析了系统基于直线泵模块调幅、调频和调相变量的控制原理。对电静液作动系统的控制方法进行了设计和测试，在直线泵单元动子的位置闭环控制中，采用了状态反馈与补偿前馈混合的方法，提高了动子位置的控制性能。对调制控制的频域特性进行了分析，指出了在对系统进行闭环控制时的稳定条件，对电静液作动系统进行了开环测试与分析，在摸清系统开环特性的同时，为闭环控制提供了充分的基础。基于开环的分析基础，设计了系统的闭环控制结构，进行了系统的闭环控制性能测试。针对测试过程中出现的由于直线电机死区导致的控制精度较低的问题，设计了调幅加调频的复合控制方法，提高了系统的位置控制精度。
(4) 协同配流直线泵与目前现有的液压泵一样，存在着流量脉动的问题，为了利用协同配流直线泵独有的控制柔性优势，设计了满足功能要求的双单元配合运动曲线函数，在实际的试验中，降低了系统输出流量脉动的频谱幅值。针对由不同压力容腔沟通导致的瞬时倒灌冲击，讨论了通过闭死容腔预升压（预降压）方法的可行性，证明了协同配流结构下该种方法的不可行。采用另外一种预升压（预降压）的方案，设计了三种形式的配流阀节流边的减振槽，并经过优化设计，通过仿真证明了具有良好的减振性能，为下一步基于协同配流直线泵的静液作动系统的迭代优化设计，提供了数据参考与仿真支撑。
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