전기 가변 변위 펌프의 예비 설계를 위한 모델링 및 시뮬레이션 방법

Summary

전기 가변 변위 펌프(EVDP)의 예비 설계를 지원하는 시뮬레이션 모델이 개발되어 실험에 의해 부분적으로 검증됩니다. 제어 성능, 수명, 신뢰성 등은 EVDP 예비 설계 작업의 주요 성능 요구 사항을 다루는 제안 된 모델을 사용하여 모두 평가할 수 있습니다.

Abstract

정전기 액추에이터 (EHA)는 학계에서 상당히 연구되어 왔으며 다양한 산업 분야에서의 응용 분야가 확대되고 있습니다. 가변 속도 EHA는 이제 가변 변위 EHA보다 우선시되었지만 구동 모터 및 관련 전자 장치는 고전력 응용 제품에 적용될 때 낮은 역학, 높은 열 방출, 높은 가격 등의 문제를 겪습니다. 따라서, 전기 가변 변위 펌프(EVDP)가 장착된 가변 변위 EHA가 고려되었다. EVDP 자체는 피스톤 펌프, 볼 스크류, 기어 박스 및 영구 자석 동기 모터 (PMSM)를 통합하는 메카트로닉 시스템입니다. 따라서 EVDP를 조사하여 EHA에 적용할 때 시스템 수준 성능을 보장해야 합니다. EVDP의 기술적 파라미터에 대한 이전의 연구 외에도, EVDP 사용 비용을 더욱 절감하고 성능 잠재력을 탐구하기 위해서는 전용 설계 방법이 필요합니다. 여기서, 시뮬레이션 기반 EVDP 예비 설계 방법은 37kW EVDP를 설계하기 위해 선택된다. 첫째, EVDP의 이전에 제안된 종합 모델은 EVDP 수명, 신뢰성, 제어 모델 등을 포함한 파라미터 생성을 개선함으로써 확장된다. 둘째, 제안 된 모델은 축소 된 프로토 타입을 사용하여 부분적으로 검증됩니다. 셋째, EVDP는 제안된 모델에 의해 지원되는 시스템 레벨에서 시뮬레이션된다. EVDP 성능은 지정된 설계 요구 사항에 따라 평가됩니다. 온도, 대역폭 및 정확도, 신뢰성 및 수명 등은 모두 EVDP에 대해 예측됩니다. 시뮬레이션 결과는 가변 변위 EHA에서 EVDP의 적용 가능성을 보여줍니다. 제안된 모델링 및 시뮬레이션 방법을 사용하여 다양한 EVDP 성능을 평가하고 일반적인 설계 요구 사항에 대응할 수 있습니다. 이 방법은 또한 제한된 정보와 견고성 측면에서 예비 설계 과제의 해결을 지원할 수 있습니다. 따라서, 제안된 방법은 시뮬레이션 기반 EVDP 예비 설계 방법의 실현에 적합하다.

Introduction

전기 수압 액추에이터 (EHA)는 전기 액추에이터와 유압 액추에이터¹의 장점의 조합으로 인해 산업용 프레스, 대형 모바일 기계, 크레인 조작기 및 일차 항공기 제어와 같은 응용 분야에 대한 관심이 증가하고 있습니다. EHA의 두 가지 기본 유형, 즉 가변 속도 EHA와 가변 변위 EHA²를 식별할 수 있습니다. 현재 가변 속도 EHA는 높은 효율성과 단순성으로 인해 가변 변위 EHA보다 더 인기가 있습니다. 그러나, 중형 발사체(³ ) 및 잠수함⁽⁴)과 같은 중형 차량에 필요한 EHA의 높은 출력 레벨과 함께, 가변 속도 EHA의 구동 모터 및 관련 전자장치는 낮은 역학, 높은 열 방출, 높은 가격 등과 관련된 문제를 가지고 있다. 따라서 가변 변위 EHA는 펌프 변위를 조절하는 저전력 장치를 통해 제어가 실현됨에 따라 이러한 고전력 응용 제품(>30kW)에 대해 재검토되고 있습니다.

가변 변위 EHA가 우선 순위로 채택되는 것을 방지하는 한 가지 주요 관심사는 그 자체가 완전한 밸브 제어 유압 시스템 인 번거로운 펌프 변위 제어 장치입니다. 전기 가변 변위 펌프(EVDP)....

Protocol

참고: Matlab과 Simcenter Amesim(이하 시스템 시뮬레이션 플랫폼이라고 함)이 이 프로토콜에 사용되었으며 재료 표에 나열되어 있습니다. 그러나, 제안된 프로토콜은 이들 두 소프트웨어 애플리케이션에서의 구현에 한정되지 않는다.

1. EVDP 설계 파라미터를 선택하고 분류합니다(그림 2의 1단계).

1. 그림 1의 EVDP의 아키텍처를 피스톤 펌프 장치, 볼 스크류, 기어박스, PMSM, 컨트롤러로 분해합니다. EVDP의 성능 요구 사항을 확인합니다.
   참고: 특히 이 백서의 요구 사항에는 전력 용량, 제어 성능, 열 성능, 수명, 신뢰성, 효율성 및 무게가 포함되었습니다.
2. EVDP 구성 요소의 크기 매개 변수와 사양을 요약하십시오. 매개변수 및 사양을 분석하고 지정된 EVDP 성능 요구사항과 관련된 매개변수를 선택하십시오.
   참고: 선택된 구성 요소 매개변수 및 사양은 표 1과 같이 EVDP 예비 설계의 설계 매개변수입니다. 표 1에는 단계 1.3

Results

이 섹션에서는 그림 2의 EVDP 예비 설계 방법의 단계 1, 단계 2 및 모든 단계 5의 일부를 구성하는 모든 프로토콜 단계를 수행함으로써 얻은 결과를 제시합니다. 프로토콜의 입력 정보에는 그림 1의 EVDP 회로도, 그림 2의 4단계에서 EVDP의 최적화된 활성 파라미터(단계 5.1.1에서 명확히 설명됨) 및 EVDP 설계 요구 사항과 관련된 EVDP 성능 시뮬레이션 태스크가 포함됩니다. 프로토콜의 결과는 EVDP 설계 파라미터의 값과 이러한 설계 파라미터 하에서 예측된 EVDP 성능을 포함하는 EVDP의 최종 예비 설계 결과입니다. 특히, 프로토콜 단계 1 및 단계 2에 구축된 파라미터 추정 모델은 설계 파라미터의 결과를 생성한다. 프로토콜 단계 3 및 단계 4는 EVDP의 최종 시험을 위한 시뮬레이션 모델을 생성한다. 프로토콜 단계 5는 특정 설계 파라미터 하에서.......

Discussion

EVDP의 개념 및 기타 기술적 구성 요소는 이전 간행물 ^6,31에서 제시되어 EVDP의 적용 가능성과 장점을 보여줍니다. EVDP 자체를 연구하는 대신,이 논문은 미래의 실제 응용 프로그램 요구와 관련하여 설계 방법을 계속 연구했습니다. 이러한 유형의 고도로 통합되고 다학제적인 커플링 제품에는 섬세한 성능 트레이드 오프 및 최적화가 필요한 특정 설계 방법이 필요합니다. 이 백서는 예비 설계를 위한 EVDP 모델링 및 시뮬레이션의 전체 프로세스를 제안하고 설명했습니다. 이 프로세스는 다중 도메인 결합 분석 및 여러 분야의 요구 사항을 포함하는이 작업에 대한 전반적이고 실용적인 관점에서 시작되었습니다. 또한 시뮬레이션 파라미터 획득과 관련된 어려움은 다양한 파라미터 추정 모델에 의해 해결되었습니다. 결과적으로이 방법은 EVDP의 효율적이고 최적의 예비 설계를 용이하게합니다. 시뮬레이션이 EVDP의 예비 설계의 최종 검증 단계라.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
볼 스크류	NSK	PSS
EVDP 프로토타입	Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls	맞춤형	7.4mL/rev, 7000rpm, 21Mpa
EVDP 테스트 리그	Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls	맞춤형	그림 7 참조, 개별 필요에 따라 조정할 수 있습니다. Power PMAC 컨트롤러, ELMO Whistle Driver 등 포함
감속기,	Maxon	GP
Matlab	Mathworks	R2020a,
Permannet 자석, 동기 모터	Maxon	393023
피스톤 펌프	Bosch Rexroth	A10VZO
Simcenter, Amesim	Siemens	2021.1	시스템 시뮬레이션 플랫폼