题目：液压能源管路系统流体脉动主动抑制技术研究

现代飞机液压系统工作压力的大幅提高，使液压能源管路系统中的流体脉动大幅加剧。流体脉动造成管路的振动，管路的振动反过来又影响流体的脉动，形成耦合振动。耦合振动使管路系统产生疲劳破坏，严重时导致飞行事故。如何有效地把流体脉动抑制于一个较低水平，对改善和提高整个液压系统的综合性能有重要意义。 传统上对流体脉动的抑制主要采用被动式方法，即在系统中加装脉动衰减器，但结构参数固定的脉动衰减器，不具备自适应消振的能力，消振效果有限。而本文提出一种主动脉动抑制方法，采用基于智能材料驱动的作动器为消振阀，利用实时高性能嵌入式硬件控制器、自适应控制算法，自动跟踪液压流体脉动情况而做出相应控制参数调整，能对整个脉动频率范围内的流体脉动进行有效抑制。 本文针对某型飞机液压能源系统流体脉动抑制的实际要求，利用设计的压电陶瓷直接驱动节流阀，构建流体脉动主动抑制系统，分别采用单通道、多通道主动控制系统，对流体脉动抑制进行了深入研究。在分析现有主动抑制算法的基础上，提出了多种控制策略，并对它们进行了仿真和试验研究。主要研究内容和工作成果体现在以下几个方面： （1） 对某型飞机的液压能源管路系统流体脉动机理进行了深入研究。建立某型飞机斜盘式轴向柱塞泵的复杂模型，对泵源瞬时流量脉动在不同工作条件下进行了仿真研究，建立了能源系统中管路和液压元器件的频域模型，推导了脉动波沿管路传播的传递函数，对流体脉动在管路中的传播规律进行了深入分析。 （2）设计了一种由压电陶瓷直接驱动的高频响的主动消振阀，对消振阀结构、功能和动态特性进行了详细研究。以所设计的主动消振阀为基础，构建了基于旁路溢流原理的流体脉动主动抑制方案，对流体脉动主动控制系统进行了深入研究，分析了流体脉动有源前馈和有源反馈控制结构的优缺点。 （3） 将基于滤波-X LMS算法及其改进型算法的自适应前馈控制技术引入到脉动主动控制中，同时为了减少主动控制系统的运算量和改善系统的稳定性能，依据周期性脉动的特点，对自适应前馈控制系统的控制结构进行创新性改进，对次通道模型辩识提出了一种简便有效的方法，并在此基础上，对自适应前馈脉动主动控制技术在多频单通道、多频多通道等多种条件下进行了仿真研究。 （4）液压系统本身以及基于压电材料驱动的主动节流阀存在非线性因素，以线性滤波器为基础的自适应前馈脉动主动控制技术对液压脉动进行主动抑制的效果很难进一步提高。在考虑系统非线性的情况下，采用小脑神经网络CMAC控制器的自适应前馈控制方法对流体脉动进行主动抑制，利用神经网络建立次通道的非线性模型，通过模型调整神经网络控制器权值参数，实现自适应控制。采用了一种不必对次通道模型进行辩识，直接利用同步随机扰动算法调整神经网络控制器参数的方法，简化了神经网络自适应流体脉动主动控制系统。 （5）由于随机干扰因素，流体脉动源经管路或其他液压元器件之后，会在管路中产生与脉动源脉动频率毫不相干的其他频率的脉动或振动，此时基于前馈参考信号的自适应主动控制方法必然对这些新频率点处的脉动抑制无能为力。反馈主动控制技术从误差传感器信号中获得脉动特征信息，能准确恢复得到消振点处的脉动情况。小波信号分解方法比Fourier变换能更准确和深入地了解信号特征，把小波分析理论和LMS算法结合起来，构建小波自适应控制器，并将它应用于流体脉动反馈主动控制系统中。 （6） 设计了流体脉动主动控制系统试验平台，对试验控制部分中研制的关键部件DSP实时控制器进行详细研究。在试验平台上，对所提出的基于二次辨识的改进型自适应前馈单通道脉动控制、多通道自适应脉动控制，CMAC神经网络自适应前馈控制，基于小波分解重构的反馈自适应控制等算法和控制结构，进行了试验研究。