Name: Metoda modelowania i symulacji dla wstępnego projektu pompy o zmiennej wydajności (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 4 s
Description: Poznaj modelowanie i symulację pompy o zmiennej wydajności EVDP dla projektowania układów elektrohydrostatycznych. Ta metoda optymalizuje parametry i zwiększa niezawodność systemów ciężkich.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują Pekińskiemu Instytutowi Mechatroniki Precyzyjnej i Kontroli za wsparcie tych badań.

<ol><li>Ketelsen, S., Padovani, D., Andersen, T. O., Ebbesen, M. K., Schmidt, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Classification+and+review+of+pump-controlled+differential+cylinder+drives%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">Classification and review of pump-controlled differential cylinder drives.</a> Energies. 12 (7), 1293(2019).</li>
<li>Alle, N., Hiremath, S., Makaram, S., Subramaniam, K., Talukdar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+electro+hydrostatic+actuator+for+flight+control%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Fluid+Power%22%5BJournal%5D)">Review on electro hydrostatic actuator for flight control.</a> International Journal of Fluid Power. 17 (2), 125-145 (2016).</li>
<li>Garrison, M., Steffan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-fault+tolerant+electric+actuation+systems+for+space+applications%5BTitle%5D)+AND+%2242nd+AIAA%2FASME%2FSAE%2FASEE+Joint+Propulsion+Conference+%26+Exhibit%22%5BJournal%5D)">Two-fault tolerant electric actuation systems for space applications.</a> 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. , Sacramento, California. (2006).</li>
<li>Smith, S., Irving, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electro+hydrostatic+actuators+for+control+of+undersea+vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22Joint+Undersea+Warfare+Technology+Fall+Conference%22%5BJournal%5D)">Electro hydrostatic actuators for control of undersea vehicles.</a> Joint Undersea Warfare Technology Fall Conference. , Groton, Connecticut. (2006).</li>
<li>Gao, B., Fu, Y., Pei, Z., Ma, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+on+dual-variable+integrated+electro-hydrostatic+actuator%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Research on dual-variable integrated electro-hydrostatic actuator.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 19 (1), 77-82 (2006).</li>
<li>Yan, X., Yu, L., Pan, J., Fu, J., Fu, Y. Control dynamic performance analysis of a novel integrated electro mechanical hydrostatic actuator. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYan%2C+X+%22The+Proceedings+of+the+2018+Asia-Pacific+International+Symposium+on+Aerospace+Technology+%28APISAT+2018%29.+APISAT+2018.+Lecture+Notes+in+Electrical+Engineering%22">The Proceedings of the 2018 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2018). APISAT 2018. Lecture Notes in Electrical Engineering</a>. 459, Springer. Singapore. 2563-2573 (2018).</li>
<li>Liu, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+researches+of+state+space+modeling+method+and+dynamic+properties+for+double+variable+electro-hydraulic+servo+control+system%22">The researches of state space modeling method and dynamic properties for double variable electro-hydraulic servo control system</a>. , Xi'an University of Technology. China. Master's Thesis (2015).</li>
<li>Jean-Charles, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Best+practices+for+model-based+and+simulation-aided+engineering+of+power+transmission+and+motion+control+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Best practices for model-based and simulation-aided engineering of power transmission and motion control systems.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 32 (1), 186-199 (2019).</li>
<li>Xue, L., Wu, S., Xu, Y., Ma, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simulation-based+multiobjective+optimization+design+method+for+pump-driven+electro-hydrostatic+actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Processes%22%5BJournal%5D)">A simulation-based multiobjective optimization design method for pump-driven electro-hydrostatic actuators.</a> Processes. 7, 274(2019).</li>
<li>Andersson, J., Krus, P., Nilsson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+as+a+support+for+selection+and+design+of+aircraft+actuation+systems%5BTitle%5D)+AND+%227th+AIAA%2FUSAF%2FNASA%2FISSMO+Symposium+on+Multidisciplinary+Analysis+and+Optimization%22%5BJournal%5D)">Optimization as a support for selection and design of aircraft actuation systems.</a> 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization. , 4887(1998).</li>
<li>Andersson, J., Krus, P., Nilsson, K., Storck, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+and+simulation+of+heat+generation+in+electro-hydrostatic+actuation+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+JFPS+international+symposium+on+fluid+power.+The+Japan+Fluid+Power+System+Society%22%5BJournal%5D)">Modelling and simulation of heat generation in electro-hydrostatic actuation systems.</a> Proceedings of the JFPS international symposium on fluid power. The Japan Fluid Power System Society. 314, 537-542 (1999).</li>
<li>Budinger, M., Reysset, A., Halabi, T. E., Vasiliu, C., Mare, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+preliminary+design+of+electromechanical+actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+G%3A+Journal+of+Aerospace+Engineering%22%5BJournal%5D)">Optimal preliminary design of electromechanical actuators.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 228 (9), 1598-1616 (2014).</li>
<li>Liscouët, J., Budinger, M., Mare, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+for+reliability+of+electromechanical+actuators%5BTitle%5D)+AND+%225th+International+Conference+on+Recent+Advances+in+Aerospace+Actuation+Systems+and+Components%22%5BJournal%5D)">Design for reliability of electromechanical actuators.</a> 5th International Conference on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components. , Toulouse, France. 174-182 (2010).</li>
<li>Arriola, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+model-based+method+to+assist+the+architecture+selection+and+preliminary+design+of+flight+control+electro-mechanical+actuators%5BTitle%5D)+AND+%227th+International+Conference+on+Recent+Advances+in+Aerospace+Actuation+Systems+and+Components%22%5BJournal%5D)">A model-based method to assist the architecture selection and preliminary design of flight control electro-mechanical actuators.</a> 7th International Conference on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components. , Toulouse, France. 166-174 (2016).</li>
<li>Baer, K., Ericson, L., Krus, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Framework+for+simulation-based+simultaneous+system+optimization+for+a+series+hydraulic+hybrid+vehicle%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Fluid+Power%22%5BJournal%5D)">Framework for simulation-based simultaneous system optimization for a series hydraulic hybrid vehicle.</a> International Journal of Fluid Power. , (2018).</li>
<li>Hong, G., Wei, T., Ding, X., Duan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-objective+optimal+design+of+electro-hydrostatic+actuator+driving+motors+for+low+temperature+rise+and+high+power+weight+ratio%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">Multi-objective optimal design of electro-hydrostatic actuator driving motors for low temperature rise and high power weight ratio.</a> Energies. 11 (5), 1173(2018).</li>
<li>Sun, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiobjective+and+multiphysics+design+optimization+of+a+switched+reluctance+motor+for+electric+vehicle+applications%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Energy+Conversion%22%5BJournal%5D)">Multiobjective and multiphysics design optimization of a switched reluctance motor for electric vehicle applications.</a> IEEE Transactions on Energy Conversion. 36 (4), 3294-3304 (2021).</li>
<li>Gerada, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holistic+electrical+machine+optimization+for+system+integration%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+3rd+International+Future+Energy+Electronics+Conference+and+ECCE+Asia+%28IFEEC+2017-ECCE+Asia%29.+IEEE%22%5BJournal%5D)">Holistic electrical machine optimization for system integration.</a> IEEE 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia (IFEEC 2017-ECCE Asia). IEEE. , 980-985 (2017).</li>
<li>Golovanov, D., Papini, L., Gerada, D., Xu, Z., Gerada, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multidomain+optimization+of+high-power-density+PM+electrical+machines+for+system+architecture+selection%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Industrial+Electronics%22%5BJournal%5D)">Multidomain optimization of high-power-density PM electrical machines for system architecture selection.</a> IEEE Transactions on Industrial Electronics. 65 (7), 5302-5312 (2017).</li>
<li>Han, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multidisciplinary+model+for+preliminary+design+of+electro-mechanical+servo+pump%5BTitle%5D)+AND+%22Scandinavian+International+Conference+on+Fluid+Power%22%5BJournal%5D)">Multidisciplinary model for preliminary design of electro-mechanical servo pump.</a> Scandinavian International Conference on Fluid Power. , Tampereen Yliopisto. 362-374 (2019).</li>
<li>Liscouët, J., Budinger, M., Maré, J. C., Orieux, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+approach+for+the+simulation-based+preliminary+design+of+power+transmissions%5BTitle%5D)+AND+%22Mechanism+and+Machine+Theory%22%5BJournal%5D)">Modelling approach for the simulation-based preliminary design of power transmissions.</a> Mechanism and Machine Theory. 46 (3), 276-289 (2011).</li>
<li>Negoita, G. C., Mare, J. C., Budinger, M., Vasiliu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling-laws+based+hydraulic+pumps+parameter+estimation%5BTitle%5D)+AND+%22UPB+Scientific+Bulletin%2C+Series+D%3A+Mechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Scaling-laws based hydraulic pumps parameter estimation.</a> UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering. 74 (2), 199-208 (2012).</li>
<li>Marc, B., Jonathan, L., Fabien, H., Maré, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+models+for+the+preliminary+design+of+electromechanical+actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+G%3A+Journal+of+Aerospace+Engineering%22%5BJournal%5D)">Estimation models for the preliminary design of electromechanical actuators.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 226 (3), 243-259 (2012).</li>
<li>Kauranne, H. O. J., Kajaste, J. T., Ellman, A. U., Pietola, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applicability+of+pump+models+for+varying+operational+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22ASME+International+Mechanical+Engineering+Congress%22%5BJournal%5D)">Applicability of pump models for varying operational conditions.</a> ASME International Mechanical Engineering Congress. , 45-54 (2008).</li>
<li>Bergman, T. L., Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Lavine, A. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBergman%2C+TL+%22Fundamentals+of+Heat+and+Mass+Transfer%22">Fundamentals of Heat and Mass Transfer</a>. , John Wiley & Sons. Danvers, MA. (2011).</li>
<li>Whitaker, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Forced+convection+heat+transfer+correlations+for+flow+in+pipes%2C+past+flat+plates%2C+single+cylinders%2C+single+spheres%2C+and+for+flow+in+packed+beds+and+tube+bundles%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+Journal%22%5BJournal%5D)">Forced convection heat transfer correlations for flow in pipes, past flat plates, single cylinders, single spheres, and for flow in packed beds and tube bundles.</a> AIChE Journal. 18 (2), 361-371 (1972).</li>
<li>Li, C., Jiao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calculation+method+for+thermal-hydraulic+system+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Heat+Transfer%22%5BJournal%5D)">Calculation method for thermal-hydraulic system simulation.</a> Journal of Heat Transfer. 130 (8), 1-5 (2008).</li>
<li>Li, C., Jiao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal-hydraulic+modeling+and+simulation+of+piston+pump%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Thermal-hydraulic modeling and simulation of piston pump.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 19 (4), 354-358 (2006).</li>
<li>Andersson, J., Krus, P., Nilsson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+and+simulation+of+heat+generation+in+electro-hydrostatic+actuation+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+JFPS+International+Symposium+on+Fluid+Power%22%5BJournal%5D)">Modelling and simulation of heat generation in electro-hydrostatic actuation systems.</a> Proceedings of the JFPS International Symposium on Fluid Power. 1999 (4), 537-542 (1999).</li>
<li>Pawlus, W., Hansen, M. R., Choux, M., Hovland, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mitigation+of+fatigue+damage+and+vibration+severity+of+electric+drivetrains+by+systematic+selection+of+motion+profiles%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE%2FASME+Transactions+on+Mechatronics%22%5BJournal%5D)">Mitigation of fatigue damage and vibration severity of electric drivetrains by systematic selection of motion profiles.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 21 (6), 2870-2880 (2016).</li>
<li>Hu, B., Fu, J., Fu, Y., Zhang, P. Measurement system design for a novel aerospace electrically actuator. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHu%2C+B+%22Proceedings+of+2021+Chinese+Intelligent+Systems+Conference%22">Proceedings of 2021 Chinese Intelligent Systems Conference</a>. , Springer. Singapore. 612-620 (2022).</li>
<li>De Giorgi, F., Budinger, M., Hazyuk, I., Reysset, A., Sanchez, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reusable+surrogate+models+for+the+preliminary+design+of+aircraft+application+systems%5BTitle%5D)+AND+%22AIAA+Journal%22%5BJournal%5D)">Reusable surrogate models for the preliminary design of aircraft application systems.</a> AIAA Journal. 59 (7), 1-13 (2021).</li>
<li>Kreitz, T., Arriola, D., Thielecke, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+performance+evaluation+for+electro-mechanical+actuators+considering+parameter+uncertainties%5BTitle%5D)+AND+%226th+International+Conference+on+Recent+Advances+in+Aerospace+Actuation+Systems+and+Components%22%5BJournal%5D)">Virtual performance evaluation for electro-mechanical actuators considering parameter uncertainties.</a> 6th International Conference on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components. 2014, Toulouse, France. 136-142 (2014).</li>
<li>Sanchez, F., Budinger, M., Hazyuk, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dimensional+analysis+and+surrogate+models+for+the+thermal+modeling+of+multiphysics+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">Dimensional analysis and surrogate models for the thermal modeling of multiphysics systems.</a> Applied Thermal Engineering. 110, 758-771 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Koncepcja i inne elementy techniczne EVDP zostały przedstawione w poprzednich publikacjach 6,31, co pokazuje możliwość zastosowania i zalety EVDP. Zamiast badać sam EVDP, w niniejszym artykule kontynuowano badanie metody projektowania w odniesieniu do przyszłych rzeczywistych potrzeb aplikacji. W przypadku tego typu wysoce zintegrowanego i multidyscyplinarnego produktu sprzęgającego konieczna jest specyficzna metoda projektowania, która wymaga delikatnych komprom...

Siłowniki elektrohydrostatyczne (EHA) cieszą się coraz większym zainteresowaniem w zastosowaniach takich jak prasy przemysłowe, duże maszyny mobilne, manipulatory dźwigowe i główne sterowanie samolotami ze względu na połączenie zalet zarówno siłowników elektrycznych, jak i hydraulicznych1. Można wyróżnić dwa podstawowe typy EHAs: EHA o zmiennej prędkości i EHA o zmiennym przemieszczeniu2. Obecnie EHA o zmiennej prędkości obrotowej jest bardziej popularny niż EHA o zmiennym wydatku ze względu na wyższą wydajność i prostotę. Jednak wraz z wyższym poziomem mocy EHA, który jest potrzebny w ciężkich pojazdach, takich jak ciężkie rakiety nośne3 i submarines4, silnik napędowy i związana z nim elektronika EHA o zmiennej prędkości mają problemy związane z niską dynamiką, wysokim rozpraszaniem ciepła, wysoką ceną itp. W związku z tym EHA o zmiennej wydajności jest ponownie rozważany dla tych zastosowań o dużej mocy (>30 kW), ponieważ jego sterowanie odbywa się za pomocą urządzenia o małej mocy, które reguluje wydajność pompy.
Jednym z głównych problemów, które uniemożliwiają priorytetowe traktowanie EHA o zmiennym wydatku, jest jego kłopotliwa jednostka sterująca wydatkiem pompy, która sama w sobie jest kompletnym systemem hydraulicznym sterowanym zaworem. W celu rozwiązania tego problemu zaproponowano pompę o zmiennej wydajności elektrycznej (EVDP) za pomocą kompaktowej elektrycznej jednostki sterującej wydatkiem. Taka konstrukcja poprawia kompaktowość, wydajność itp. EHA o zmiennej pojemności, co w pewnym stopniu rozwiązuje poprzednią słabość. W związku z tym stosowanie EHA o zmiennym przemieszczeniu do zastosowań o dużej mocy może być ułatwione dzięki zastosowaniu nowo zaproponowanego EVDP. Jednak złożoność EVDP jest znacznie większa w porównaniu z konwencjonalną, hydraulicznie sterowaną pompą o zmiennej wydajności, ponieważ integruje komponenty z kilku nowych dyscyplin. W związku z tym pojawiły się konkretne działania badawcze oparte na EVDP. Nasza grupa badawcza rozpoczęła badania EVDP5 i kontynuuje jego rozwój6. Liu opracował EVDP dla aplikacji EHA i przeprowadził testy eksperymentalne7. Niektóre firmy hydrauliczne dostarczają również produkty EVDP. Oprócz badań dotyczących komponentów technicznych EVDP, metoda projektowania odpowiadająca rzeczywistym wymaganiom aplikacji jest również istotna dla zwiększenia kompetencji EVDP poprzez dalsze obniżenie kosztów stosowania EVDP i zbadanie ich potencjału wydajnościowego. W związku z tym niezbędna jest konkretna metoda wstępnego projektowania EVDP w celu optymalizacji kompromisów w zakresie wydajności na poziomie systemu poprzez analizę sprzężonych dyscyplin. Wstępny projekt oparty na symulacji jest interesujący dla tego typu multidyscyplinarnego sprzężenia produktów mechatronicznych8.
Chociaż nie zaproponowano żadnych konkretnych modeli symulacyjnych dla wstępnego projektu EVDP, ponieważ jest to nowo zaproponowana koncepcja, wiele badań zostało zainwestowanych w powiązane produkty mechatroniczne. Dynamiczny model EHA został zbudowany w celu optymalizacji masy, wydajności i wydajności sterowania we wstępnym projekcie9, ale nie uwzględniono żywotności, niezawodności, charakterystyki termicznej itp., które są istotnymi wskaźnikami wydajności, które powinny być brane pod uwagę we wstępnym projekcie. Inny dynamiczny model EHA został również wykorzystany do optymalizacji kosztów, wydajności i wydajności sterowania10, a następnie opracowano model termiczny do oceny charakterystyki termicznej zoptymalizowanego EHA11, ale niezawodność i żywotność nie zostały uwzględnione. Przedstawiono kompleksową metodę wstępnego projektowania siłowników elektromechanicznych (EMA)12. Dla tej metody zaproponowano konkretne modele o różnych funkcjach, zdolne do analizowania różnych cech, a także opracowano modele niezawodności i żywotności13. Wytrzymałość mechaniczną, zdolność do zasilania, wydajność cieplną itp. można było w ten sposób ocenić, ale nie chodziło o wydajność sterowania. Inna metoda wstępnego projektowania EMA wykorzystywała dynamiczny model EMA i powiązane modele wymiarowania komponentów14. Koszt, masa, trwałość zmęczeniowa, moc, ograniczenia fizyczne itp. były uwzględnione w analizie symulacyjnej, ale niezawodność i wydajność sterowania nie zostały uwzględnione. Zaproponowano model dynamiczny dla projektu optymalizacji hydraulicznego hybrydowego układu napędowego15. Moc, wydajność, sterowanie itp. mogły być symulowane, ale niezawodność i żywotność nie były brane pod uwagę. Zaproponowano modele do analizy systemu sterowania lotem opartego na EHA, w ramach których wykorzystano proste równania przenoszenia mocy i funkcje masy16. Biorąc pod uwagę, że modele wykorzystano do analiz na poziomie pojazdu i misji, ograniczony zakres atrybutów modeli był właściwy. Jako główny element EHA, serwomotory przyciągnęły osobną uwagę w zakresie modelowania i projektowania, a wyniki są również pouczające dla rozwoju modeli EHA. Sieci termiczne, modele wagowe itp. mogą być również brane pod uwagę w modelowaniu EHA17,18,19. Z przeanalizowanej literatury wynika, że nawet biorąc pod uwagę wyniki dotyczące produktów związanych z EVDP, opracowane modele nie analizują wszystkich atrybutów wpływających na wydajność produktów dla wstępnego projektu. Wydajność sterowania, wydajność cieplna, niezawodność i żywotność to atrybuty, które zostały najbardziej zaniedbane przy budowie modeli. W związku z tym w niniejszym artykule zaproponowano pakiet modelowy zdolny do analizy wszystkich najważniejszych atrybutów wydajności dla wstępnego projektu EVDP. Przedstawiono również analizę symulacyjną w celu lepszego zobrazowania funkcji modelu. Ten artykuł jest rozszerzeniem poprzedniej publikacji20, ponieważ usprawnia generowanie parametrów, obejmuje model żywotności, model niezawodności i model sterowania, optymalizuje koszt obliczeń, waliduje model i przeprowadza dogłębną analizę symulacyjną itp.
Konwencjonalna hydrauliczna jednostka sterująca pompy tłokowej o zmiennym wydatku została zastąpiona siłownikiem elektrycznym, aby poprawić kompaktowość i zmniejszyć rozpraszanie ciepła, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 1. Siłownik elektryczny składa się ze kulowej, przekładni i silnika synchronicznego z magnesami trwałymi (PMSM). Siłownik elektryczny łączy tarczę sterującą za pomocą pręta sterującego w celu regulacji wydatku pompy. W przypadku stosowania w EHA, pozycja obrotowa tarczy sterującej EVDP jest kontrolowana w pętli zamkniętej przez modulację PMSM. Siłownik elektryczny jest zintegrowany z pompą tłokową w obustronnej obudowie, tworząc integralny element. Taka konstrukcja zanurza siłownik elektryczny w płynie roboczym i w ten sposób wzmacnia efekty sprzężenia wielodomenowego.
Ponieważ EVDP jest typowym wielodomenowym produktem mechatronicznym, jego wstępny projekt odgrywa kluczową rolę w optymalizacji kompromisów w zakresie wydajności na poziomie systemu i nakreśleniu wymagań dotyczących projektowania komponentów. Proces ten jest zilustrowany na rysunku Rysunek 2 oparty na schemacie projektowania opartym na symulacji10,12. Krok 1 najpierw analizuje wybraną architekturę EVDP, jak w Rysunek 1, i podsumowuje parametry projektowe w oparciu o określone wymagania dotyczące wydajności. Następnie zadanie projektowe jest zwykle przekształcane w problem optymalizacyjny w celu zbadania optymalizacji wydajności EVDP. Odbywa się to poprzez konwersję parametrów projektowych na zmienne optymalizacyjne i przekształcenie wymagań dotyczących wydajności w cele i ograniczenia. Warto zauważyć, że parametry projektowe należy podzielić na kategorie aktywne, sterowane i empiryczne. Tylko aktywne parametry są używane jako zmienne optymalizacyjne ze względu na ich cechy niezależności. Pozostałe dwie kategorie są generowane automatycznie przez estymację na podstawie aktywnych parametrów. W związku z tym w Kroku 2 opracowywane są modele estymacji parametrów sterowanych i empirycznych. Te narzędzia do szacowania są używane w każdej iteracji optymalizacji, a także w kroku 5 do formułowania wszystkich wymaganych parametrów symulacji. Krok 3 tworzy modele obliczeniowe dla każdego celu optymalizacji lub ograniczenia, które odzwierciedlają wymaganą wydajność. Modele te powinny być wydajne obliczeniowo; W przeciwnym razie koszt kalkulacji optymalizacji byłby nie do przyjęcia. Krok 4 wykonuje obliczenia optymalizacyjne, które są zwykle wieloobiektywne i multidyscyplinarne. Zajmuje się również niepewnościami parametrów w fazie projektowania wstępnego. Krok 5 konstruuje ogólny model zaprojektowanego EVDP i wykorzystuje go do walidacji wyników optymalizacji poprzez symulację EVDP w typowych cyklach pracy. Model ten jest najlepszym narzędziem do oceny wstępnych wyników projektu. Dlatego model ten powinien charakteryzować się najwyższą wiernością i obejmować wszystkie wpływowe cechy w ściśle powiązanym stylu. Na koniec uzyskuje się wstępne wyniki obliczeń i wyniki wymiarowania na poziomie systemu.
Ten artykuł skupia się na metodzie modelowania i symulacji systemu EVDP, która obejmuje przeprowadzenie analizy parametrów w Kroku 1 i ukończenie Kroków 2 i 5. Po pierwsze, parametry projektowe są ustalane w oparciu o architekturę EVDP i wymagania projektowe i są podzielone na trzy podkategorie. Po drugie, modele estymacji dla parametrów nieaktywnych są opracowywane w oparciu o prawa skalowania, katalogi komponentów, funkcje empiryczne itp. Po trzecie, ogólny model EVDP jest konstruowany przy użyciu multidyscyplinarnych równań sprzęgania oraz dodatkowych podmodeli żywotności i niezawodności, a model jest częściowo weryfikowany za pomocą eksperymentów. Na koniec poprzednie wyniki wymiarowania są importowane do skonstruowanego modelu w celu przeprowadzenia analizy symulacyjnej w typowych cyklach pracy. Wydajność na poziomie systemu jest określana na podstawie wyników symulacji. Oceniana jest również czułość parametrów i solidność konstrukcji. W związku z tym w niniejszym artykule opracowano specyficzną metodę modelowania i symulacji dla wstępnego projektu EVDP. Wydajność EVDP do zastosowania w EHA jest kompleksowo przewidywana. Proponowana metoda stanowi praktyczne narzędzie do opracowywania EVDP i EHA o zmiennym przemieszczeniu do zastosowań o dużej mocy. Metoda ta może być również wykorzystywana do opracowywania narzędzi symulacyjnych dla innych rodzajów produktów mechatronicznych. EVDP w tym artykule odnosi się do elektromechanicznie sterowanej pompy o zmiennej wydajności, ale elektrohydraulicznie sterowana pompa o zmiennej wydajności nie jest objęta zakresem tego artykułu.

<table><tbody><tr><td>Śruba kulowa</td><td>Prototyp NSK</td><td>PSS</td><td></td></tr><tr><td>EVDP</td><td>Pekiński Instytut Mechatroniki Precyzyjnej i Sterowania</td><td>Dostosowany</td><td>7,4 ml / obr, 7000 obr./min, 21 Mpa</td></tr><tr><td>Stanowisko testowe EVDP</td><td>Pekiński Instytut Mechatroniki Precyzyjnej i Sterowania</td><td>dostosowane</td><td>Patrz rysunek 7, można dostosować do indywidualnych potrzeb. W tym kontroler Power PMAC, sterownik gwizdka ELMO itp.</td></tr><tr><td>Przekładnia</td><td>Maxon</td><td>GP</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>R2020a Silnik synchroniczny</td><td></td></tr><tr><td>z magnesem Permannet</td><td>Maxon</td><td>393023</td><td></td></tr><tr><td>Pompa tłokowa</td><td>Bosch Rexroth</td><td>A10VZO</td><td></td></tr><tr><td>Simcenter Amesim</td><td>Siemens</td><td>2021.1</td><td>platforma symulacji systemu</td></tr></tbody></table>

metoda modelowania i symulacji dla wstępnego projektu pompy o zmiennej wydajności

A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump

Siłowniki elektrohydrostatyczne (EHA) zostały gruntownie zbadane w środowisku akademickim, a ich zastosowania w różnych dziedzinach przemysłu są coraz szersze. EHA o zmiennej prędkości obrotowej ma teraz pierwszeństwo przed EHA o zmiennej wydajności, ale jego silnik napędowy i związana z nim elektronika napotykają problemy podczas stosowania w zastosowaniach o dużej mocy: niska dynamika, wysokie rozpraszanie ciepła, wysoka cena itp. W związku z tym rozważono zastosowanie EHA o zmiennym wydatku wyposażonym w pompę o zmiennej wydajności (EVDP). Sam EVDP jest systemem mechatronicznym, który integruje pompę tłokową, kulową, skrzynię biegów i silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM). W związku z tym należy zbadać EVDP, aby zapewnić jego działanie na poziomie systemu, gdy jest stosowany w EHA. Oprócz dotychczasowych badań nad parametrami technicznymi EVDP, niezbędna jest dedykowana metoda projektowania w celu dalszego obniżenia kosztów użytkowania EVDP i zbadania jego potencjału wydajnościowego. W tym przypadku wybierana jest metoda wstępnego projektowania EVDP oparta na symulacji do projektowania EVDP o mocy 37 kW. Po pierwsze, wcześniej zaproponowany multidyscyplinarny model EVDP został rozszerzony o poprawę generowania parametrów, w tym żywotności EVDP, niezawodności, modeli sterowania itp. Po drugie, proponowany model jest częściowo weryfikowany przy użyciu zmniejszonego prototypu. Po trzecie, EVDP jest symulowany na poziomie systemu, wspierany przez proponowany model. Wydajność EVDP jest oceniana zgodnie z określonymi wymaganiami projektowymi. Temperatura, przepustowość i dokładność, niezawodność i żywotność itp. są przewidywane dla EVDP. Wyniki symulacji wskazują na możliwość zastosowania EVDP w EHA o zmiennym przemieszczeniu. Proponowana metoda modelowania i symulacji może być wykorzystana do oceny różnorodnych wyników EVDP i spełnienia ogólnych wymagań projektowych. Metoda ta może również pomóc w rozwiązaniu wstępnych wyzwań projektowych pod względem ograniczonej ilości informacji i niezawodności. W związku z tym proponowana metoda jest odpowiednia do realizacji metody wstępnego projektowania EVDP opartej na symulacji.

W tej sekcji przedstawiono wyniki uzyskane po wykonaniu wszystkich kroków protokołu, które stanowią część Kroku 1, całość Kroku 2 oraz całość Kroku 5 metody wstępnego projektowania EVDP przedstawionej na Ryc. 2. Informacje wejściowe w protokole obejmują schematy EVDP na Ryc. 1, zoptymalizowane parametry aktywne (wyjaśnione w Kroku 5.1.1.) urządzenia EVDP z Kroku 4 na Ryc. 2 oraz zadania symulacyjne dotyczące wydajności EVDP, które o...

Model symulacyjny specjalnie wspierający wstępny projekt pompy o zmiennej wydajności elektrycznej (EVDP) jest rozwijany i częściowo weryfikowany przez eksperymenty. Wydajność sterowania, żywotność, niezawodność itp. można ocenić przy użyciu proponowanego modelu, który obejmuje główne wymagania dotyczące wydajności w ramach zadania wstępnego projektu EVDP.

Metoda modelowania i symulacji dla wstępnego projektu pompy o zmiennej wydajności

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The ...

Aktywatory elektrohydrostatyczne wspomagające elektryfikację systemów o dużej wytrzymałości. Aby osiągnąć mniejsze zużycie energii, nasza metoda koncentruje się na optymalizacji, elektrozmiennym wykorzystaniu pomp o wydatku w systemach. Nasze modelowanie i metoda symulacyjna wspierają wstępny projekt.Nasza pompa o zmiennej wydajności elektrycznej, która powinna wybierać kompletną prognozę wydajności, automatyczne generowanie parametrów i solidność konstrukcji. Zacznij od sklasyfikowania parametrów, aby zaprojektować pompę o zmiennej wydajności elektrycznej lub EVDP. Przypisz parametry niezależne, reprezentujące każdy komponent do kategorii aktywnej, a parametry pochodzące z parametrów aktywnych do kategorii sterowanej.Następnie wyznacz obliczone parametry, używając funkcji empirycznych, do kategorii empirycznej. Aby opracować modele estymacji, oszacuj parametry napędzane pompą i silnikiem na podstawie parametrów aktywnych, korzystając z praw skalowania. Skorzystaj z katalogów komponentów, aby oszacować parametry napędzane dla skrzyni biegów i kulowej na podstawie parametrów aktywnych.Oceń sprawność pompy, skrzyni biegów i kulowej za pomocą funkcji empirycznych i oszacuj opory cieplne dla modelu sieci cieplnej opracowanego na podstawie funkcji empirycznych z teorii termodynamiki. Zbuduj model wagowy EVDP w MATLAB, sumując wagi każdego komponentu, a następnie przeprowadzając dynamiczne modelowanie parametrów grupowych EVDP na platformie symulacji systemu. Następnie należy przeprowadzić modelowanie termiczne EVDP na platformie symulacji systemu, ustawiając sieć termiczną dla EVDP.Do modelowania żywotności i niezawodności należy wykorzystać trwałość zmęczeniową kuli i trwałość zużycia zespołu pompy tłokowej jako jej okres eksploatacji. Modeluj żywotność kulowej i pompy tłokowej za pomocą równań. Załóżmy, że niezawodność kulowej i pompy odpowiadająca jej żywotności wynosi 0,90 i zdefiniuj niezawodność obliczoną na 50 000. godzinę pracy.Następnie zamodeluj niezawodność kulowej i zespołu pompy tłokowej za pomocą równania. Kontynuuj składanie modelu, umieszczając wszystkie równania każdego węzła razem, aby utworzyć blok modelu dla każdego węzła. Następnie zakończ zmienne wejściowe i wyjściowe każdego węzła.Zdefiniuj dane wejściowe i wyjściowe ogólnego modelu EVDP i przeprowadź analizę przyczynowości wszystkich węzłów. W razie potrzeby dodaj dodatkowe węzły, aby upewnić się, że wszystkie węzły są połączone przyczynowo. Następnie połącz wszystkie węzły, aby utworzyć ogólny model EVDP.Po utworzeniu modelu EVDP zweryfikuj metodę modelowania za pomocą prototypu EVDP i stanowiska testowego. W tym celu należy zainstalować EVDP na stanowisku testowym, składającym się z części załadowczej i części sterującej. Następnie podłącz trzy porty EVDP do obwodu hydraulicznego części ładującej, a elektryczne EVDP do części sterującej.Przeprowadź testy prototypu, naciskając przycisk start na panelu i uruchamiając pomocnicze zasilanie hydrauliczne. Po dezaktywacji zaworu trybu za pomocą przycisku na panelu, ustaw polecenie przemieszczenia częstotliwości przemiatania na EVDP w polu tekstowym interfejsu użytkownika. Zarejestruj reakcję przemieszczenia EVDP i określ jej charakterystykę wielkości i fazy.Aby przeanalizować wyniki eksperymentu, należy ustawić aktywne parametry prototypu EVDP do zbudowanego wcześniej modelu. Model automatycznie wygeneruje inne wymagane parametry symulacji. Ustaw temperaturę otoczenia i początkową temperaturę EVDP na 40 stopni Celsjusza, a następnie uruchom model symulacyjny w tych samych warunkach, co test prototypu EVDP, aby zapisać wyniki symulacji.Aby sprawdzić dokładność modelu, należy wykreślić wyniki eksperymentów i symulacji dla każdej grupy warunków na jednym rysunku. Aby przeprowadzić analizę symulacyjną projektu EVDP, należy ustawić modele dynamiczne i termiczne, klikając zakładkę trybu parametrów i wybierając opcję TFFD31. Następnie przejdź do zakładki Nazwa pliku dla prostych danych charakterystyki płynu, aby zaimportować plik właściwości oleju.W trybie parametrów użyj bloków THGCV01 lub THGCV02. Aby ustawić temperaturę otoczenia zgodnie z opisem w manuskrypcie, wprowadź aktywne parametry do modeli estymacji parametrów. Następnie kliknij przycisk uruchamiania w zakładce edytora, aby uruchomić skrypt do generowania wszystkich parametrów symulacji.W MATLAB użyj przycisku uruchom w zakładce edytora, aby uruchomić skrypt do obliczania wagi i aktywacji modeli dynamicznych i termicznych z parametrami symulacji. Wyniki symulacji zostaną uzyskane przez skrypt automatycznie. Za pomocą przycisku uruchamiania na karcie edytora uruchom skrypt do obliczania żywotności EVDP i niezawodności na podstawie zapisanych wyników symulacji.Przejdź do trybu symulacji na platformie symulacji systemu, aby sprawdzić wyniki. Następnie uzyskaj inne wyniki wydajności EVDP na podstawie tych wyników symulacji w dziedzinie czasu. Aby ustawić parametry symulacji, sprawdź tryb parametrów.Następnie użyj przycisku Uruchom w zakładce edytora, aby uruchomić skrypt do aktywacji modeli dynamicznych i termicznych. Później naciśnij zakładkę trybu symulacji, aby sprawdzić analizy czułości i niepewności. Dynamika temperatury różnych części EDVP jest pokazana tutaj.Reprezentatywna analiza ilustruje sprawność EVDP w pełnym cyklu pracy. W warunkach pełnego obciążenia EVDP osiągnął całkowitą sprawność około 80%Później bezwzględne straty EVDP spadły, wraz ze spadkiem wydajności. W ramach badania przeprowadzono analizę charakterystyki dynamicznej EVDP.W prognozowanej wydajności EVDP przewidywano dobrą dokładność regulacji z błędem 0,09 stopnia, podczas gdy żywotność i niezawodność pompy okazały się najsłabsze. Po zbudowaniu zaproponowanych modeli można opracować kompletną metodę projektowania wstępnego. Metoda ta może zwiększyć możliwości zastosowania pompy o zmiennej wydajności elektrycznej i związanych z nią aktywatorów elektrohydrostatycznych.Metoda ta rozwiązała typowe wyzwania na etapie projektowania, takie jak pewność parametrów i symulacje multidyscyplinarne. Prowadzi to do bardziej niezawodnego, wstępnego zaprojektowania pompy do aktywatorów elektrohydrostatycznych.

a-modeling-simulation-method-for-preliminary-design-an-electro

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Badania naprężeń ścinających w systemie emulsji olejowo-wodnej skutkują rozpadem kropli w czasie eksperymentu. Aby zliczyć wielkość kropli w procesach pompowania, w protokole tym z powodzeniem wykazano przydatność endoskopii inline.

Ekonomiczna i niezawodna metoda przewidywania naprężeń mechanicznych w pompach jednorazowych i standardowych

Tutaj prezentujemy protokół do budowy modelu matematycznego na poziomie komponentu dla silnika o zmiennym cyklu.

Szybka metoda modelowania silnika o zmiennym cyklu pracy

Zbudowaliśmy model symulacyjny, aby ocenić charakterystykę przepływu pompy i wydajność jednowałowego zespołu współosiowy silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych i eksperymentalnie zbadać ogólną wydajność w szerokim zakresie warunków pracy zespołu silnik-pompa.

Modelowanie i analiza doświadczalna jednowałowego zespołu współosiowy silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych

W tym artykule przedstawiono adaptacyjny filtr oparty na algorytmie znormalizowanego najmniejszego średniego kwadratu (NLMS) oraz metodę szacowania prędkości obrotowej do wykrywania elektrycznych i hydraulicznych usterek siłownika elektrohydrostatycznego (EHA). Skuteczność i wykonalność wyżej wymienionych metod jest weryfikowana za pomocą symulacji i eksperymentów.

Projektowanie i zastosowanie metody detekcji uszkodzeń w oparciu o filtry adaptacyjne i estymację prędkości obrotowej dla siłownika elektrohydrostatycznego

W niniejszym badaniu połączono oprogramowanie do analizy numerycznej z metodologią powierzchni odpowiedzi (RSM) w celu systematycznego badania metody projektowania optymalizacji tarcz ciernych sprzęgieł hydro-lepkościowych.

Metoda projektowania optymalizacji parametrycznej tarcz ciernych sprzęgieł hydroleskotycznych

Ten protokół opisuje symulację, wytwarzanie i charakterystykę absorberów metamateriałów THz. Takie absorbery, sprzężone z odpowiednim czujnikiem, mają zastosowanie w obrazowaniu i spektroskopii THz.

Symulacja, wytwarzanie i charakterystyka absorberów metamateriałowych THz

Przedstawiono protokół projektowania i produkcji nowatorskiego rezonatora z dzielonym pierścieniem (SRR) opartego na nanofilarach.

Wytwarzanie rezonatorów z dzielonym pierścieniem na bazie nanofilarów do rezonansów za pośrednictwem prądu przemieszczenia w metamateriałach terahercowych

Zjawisko pękania syfonu zostało zbadane eksperymentalnie i zaproponowano model teoretyczny. Opracowano program symulacyjny oparty na modelu teoretycznym, a wyniki programu symulacyjnego porównano z wynikami eksperymentalnymi. Stwierdzono, że wyniki programu symulacyjnego dobrze pokrywają się z wynikami eksperymentalnymi.

Badanie eksperymentu i symulacji łamacza syfonów dla reaktora badawczego

Przedstawiamy protokół dotyczący modułowego projektowania i produkcji inteligentnych robotów, aby pomóc pracownikom naukowym i technicznym w projektowaniu inteligentnych robotów do specjalnych zadań produkcyjnych opartych na osobistych potrzebach i zindywidualizowanym projekcie.

Modułowa konstrukcja i produkcja inteligentnego robota opartego na strategii sterowania w pętli zamkniętej

Ten protokół opisuje projektowanie i produkcję mostu wodnego oraz jego aktywację jako włókna wodnego. Eksperyment pokazuje, że rezonanse kapilarne włókna wodnego modulują jego transmisję optyczną.

Projekt i wykonanie światłowodu wodnego

Poznaj modelowanie i symulację pompy o zmiennej wydajności EVDP dla projektowania układów elektrohydrostatycznych. Ta metoda optymalizuje parametry i zwiększa niezawodność systemów ciężkich.

Metoda modelowania i symulacji dla wstępnego projektu pompy o zmiennej wydajności

Przeglądaj więcej filmów