题目：电机-泵-阀联合控制作动器的研究

液压作动系统应用广泛，尤其是飞行控制领域，几乎完全采用液压作为动力，并由飞控计算机进行综合控制，实现飞行姿态和轨迹的控制，机载作动系统的性能优劣直接影响到飞机的整体性能。随着飞行器向高机动性、超高速及大功率方向发展，对作动系统工作的快速性和稳定性，尤其是传动效率提出了更高的要求。飞机机载作动系统的研究和研制已成为下一代飞机研制中的一个重要课题。国外早已着手研究在操纵面处把电功率转换成操纵舵面运动的机械功率的可行性，探讨由此可能获得良好的飞行性能和满意的飞行品质。一体化作动器与传统液压作动器相比具有体积小、重量轻、效率高等优点，是当前研究的热点。本文针对现有的一体化作动器设计方案进行了如下研究：首先对比了现有一体化作动器设计方案的优缺点，选取电机-泵-阀联合控制方案中的阀泵联合控制方案为研究对象。其设计思想是根据不同飞行状态对作动系统响应要求的不同，调节泵、阀的工作过程，从而使作动系统可以兼顾效率和响应。设计了泵阀联合控制作动器的工作原理图和详细的控制原理，针对其结构特点，提出了分级压力控制和负载敏感控制，并详细论述了工作过程。分析了泵阀联合控制作动器效率的影响因素，针对现有伺服阀控制系统设计方法的不足，从系统整体效率设计的角度，分别提出了提高负载压力设计值和降低油源压力设计值提高效率的方法。对不同的设计方法，针对泵阀联合控制作动器的工作特点，在负载相同的条件下，对伺服阀和定量泵的输出流量、损耗流量变化、作动系统整体效率变化进行了分析，并分析了不同设计方法对系统主要性能参数的影响。对于同一作动系统在不同飞行阶段采用不同油源压力所带来的系统性能变化也进行了分析。建立了基于AMESim的联合控制作动器仿真模型，针对效率优化设计，建了热力学分析模型，对不同的设计方案进行了仿真分析，仿真结果表明了优化设计方案可提高液压系统效率，系统的快速性和稳定性增强，抗扰动能力下降，但合理性能参数的设计对系统性能影响不大，优化设计方法相较于常规设计可降低液压系统总功率，从而减少拖动机构能耗。针对泵阀联合控制作动器油源压力稳定对满足系统快速性和抗扰动能力的重要性，结合泵阀联合控制作动器压力环服务于位置环的特点，提出将位置环误差信号作为前馈信号引入压力环，来提高压力环的响应和减少位置环动作导致的油源压力下降，对由此带来的压力环压力升高过多，使效率下降的问题，选取具有优化能力的免疫控制算法，并引入模糊控制算法作为算子函数，以提高对压力环复杂特性的控制能力，从而提出了IMF(Immune Feedback)+PID+前馈控制策略，仿真结果表明压力环的压力波动减小。最后在完成电机-泵联合控制实验平台和非连续控制实验平台的基础上，搭建了泵阀联合控制作动器实验平台。实验测控系统以PXI控制计算机为中心，应用虚拟仪器技术，对降低油源压力设计值设计方案进行了实验研究，然后将实验结果与仿真结果做了对比分析，证明了设计方案的正确性和可行性。