Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Une méthode de modélisation et de simulation pour la conception préliminaire d’une pompe volumétrique électrovariante

Published: June 1, 2022 doi: 10.3791/63593
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 1
1School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, 2Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls, 3Innovative Hydraulics and Automation, Tampere University

Summary

Un modèle de simulation soutenant spécifiquement la conception préliminaire d’une pompe à cylindrée électrovariable (EVDP) est développé et partiellement vérifié par des expériences. Les performances de contrôle, la durée de vie, la fiabilité, etc., peuvent toutes être évaluées à l’aide du modèle proposé, qui couvre les principales exigences de performance dans le cadre de la tâche de conception préliminaire EVDP.

Abstract

Les actionneurs électro-hydrostatiques (EHA) ont fait l’objet de nombreuses recherches dans le milieu universitaire et leurs applications dans divers domaines industriels se développent. L’EHA à vitesse variable a désormais la priorité sur l’EHA à déplacement variable, mais son moteur d’entraînement et l’électronique associée rencontrent des problèmes lorsqu’ils sont appliqués dans des applications à haute puissance : faible dynamique, dissipation thermique élevée, prix élevé, etc. Par conséquent, un EHA à cylindrée variable équipé d’une pompe à cylindrée électrovariable (EVDP) a été envisagé. L’EVDP lui-même est un système mécatronique qui intègre une pompe à piston, une vis à billes, une boîte de vitesses et un moteur synchrone à aimant permanent (PMSM). Par conséquent, l’EVDP doit être étudié pour assurer sa performance au niveau du système lorsqu’il est appliqué dans une EHA. En plus des recherches antérieures sur les paramètres techniques de l’EVDP, une méthode de conception dédiée est nécessaire pour réduire davantage le coût d’utilisation de l’EVDP et explorer son potentiel de performance. Ici, une méthode de conception préliminaire EVDP basée sur la simulation est sélectionnée pour la conception d’un EVDP de 37 kW. Tout d’abord, un modèle multidisciplinaire de l’EVDP précédemment proposé est étendu en améliorant la génération de paramètres, y compris la durée de vie de l’EVDP, la fiabilité, les modèles de contrôle, etc. Deuxièmement, le modèle proposé est partiellement vérifié à l’aide d’un prototype réduit. Troisièmement, l’EVDP est simulé au niveau du système, soutenu par le modèle proposé. Les performances evDP sont évaluées en fonction des exigences de conception spécifiées. La température, la bande passante et la précision, la fiabilité et la durée de vie, etc., sont toutes prévues pour l’EVDP. Les résultats de la simulation démontrent l’applicabilité de l’EVDP dans l’EHA à déplacement variable. La méthode de modélisation et de simulation proposée peut être utilisée pour évaluer diverses performances EVDP et répondre aux exigences générales de conception. La méthode peut également aider à résoudre les défis de conception préliminaire en termes d’informations limitées et de robustesse. Par conséquent, la méthode proposée est appropriée pour la réalisation de la méthode de conception préliminaire EVDP basée sur la simulation.

Introduction

Les actionneurs électro-hydrostatiques (EHA) suscitent un intérêt croissant pour des applications telles que les presses industrielles, les grandes machines mobiles, les manipulateurs de grues et la commande primaire des avions en raison de leur combinaison des avantages des actionneurs électriques et des actionneurs hydrauliques1. Deux types de base d’EHA peuvent être identifiés : les EHA à vitesse variable et les EHA à déplacement variable2. Actuellement, l’EHA à vitesse variable est plus populaire que l’EHA à déplacement variable en raison de son efficacité et de sa simplicité supérieures. Cependant, avec le niveau de puissance plus élevé de l’EHA, qui est nécessaire dans les véhicules lourds, tels que les lanceurs lourds3 et les sous-marins4, le moteur d’entraînement et l’électronique associée de l’EHA à vitesse variable ont des problèmes liés à une faible dynamique, une dissipation thermique élevée, un prix élevé, etc. Par conséquent, l’EHA à cylindrée variable est reconsidérée pour ces applications de haute puissance (>30 kW), car son contrôle est réalisé via un dispositif de faible puissance qui régule le déplacement de la pompe.

Une préoccupation majeure qui empêche l’EHA à déplacement variable d’être considéré comme une priorité est sa lourde unité de contrôle du déplacement de la pompe, qui est elle-même un système hydraulique complet contrôlé par soupape. La pompe à cylindrée électrovariable (EVDP) a été proposée pour résoudre ce problème en utilisant une unité de commande de déplacement électrique compacte. Cette conception améliore la compacité, l’efficacité, etc., de l’EHA à déplacement variable, ce qui résout la faiblesse précédente dans une certaine mesure. Par conséquent, l’utilisation d’EHA à déplacement variable pour les applications de grande puissance peut être facilitée par l’utilisation du nouveau PDVE proposé. Cependant, la complexité de l’EVDP est nettement plus grande par rapport à la pompe à cylindrée variable à commande hydraulique conventionnelle car elle intègre des composants de plusieurs nouvelles disciplines. Par conséquent, des activités de recherche spécifiques basées sur l’EVDP ont vu le jour. Notre groupe de recherche a commencé la recherche EVDP5 et a continué à la développer6. Liu a développé l’EVDP pour les applications EHA et a effectué des tests expérimentaux7. Certaines entreprises hydrauliques fournissent également des produits EVDP. En plus de la recherche concernant les composants techniques de l’EVDP, la méthode de conception pour répondre aux exigences réelles de l’application est également importante pour améliorer les compétences de l’EVDP en réduisant davantage le coût d’utilisation des EVDP et en explorant leur potentiel de performance. Par conséquent, une méthode de conception préliminaire EVDP spécifique est nécessaire pour optimiser les compromis dans ses performances au niveau du système en analysant ses disciplines couplées. La conception préliminaire basée sur la simulation est intéressante pour ce type de couplage multidisciplinaire de produits mécatroniques8.

Bien qu’aucun modèle de simulation spécifique pour la conception préliminaire de l’EVDP n’ait été proposé en raison du fait qu’il s’agit d’un concept nouvellement proposé, de nombreuses recherches ont été investies dans des produits mécatroniques connexes. Un modèle EHA dynamique a été construit pour optimiser le poids, l’efficacité et les performances de contrôle dans la conception préliminaire9, mais la durée de vie, la fiabilité, les caractéristiques thermiques, etc., n’ont pas été impliquées, qui sont des indices de performance essentiels qui devraient être pris en compte dans la conception préliminaire. Un autre modèle EHA dynamique a également été utilisé pour optimiser les coûts, l’efficacité et les performances de contrôle10, et un modèle thermique a ensuite été développé pour évaluer les caractéristiques thermiques de l’EHA11 optimisé, mais la fiabilité et la durée de vie n’ont pas été prises en compte. Une méthode complète de conception préliminaire de l’actionneur électromécanique (EMA) a été présentée12. Des modèles spécifiques avec différentes fonctions capables d’analyser différentes caractéristiques ont été proposés pour cette méthode, et des modèles de fiabilité et de durée de vie ont également été développés13. La résistance mécanique, la capacité de puissance, les performances thermiques, etc., pouvaient ainsi être évaluées, mais les performances de contrôle n’étaient pas impliquées. Une autre méthode de conception préliminaire de l’EMA a utilisé un modèle EMA dynamique et des modèles de dimensionnement des composants associés14. Le coût, le poids, la durée de vie en fatigue, la capacité de puissance, les contraintes physiques, etc., ont été impliqués dans l’analyse de simulation, mais la fiabilité et les performances de contrôle n’ont pas été incluses. Un modèle dynamique a été proposé pour la conception d’optimisation d’un groupe motopropulseur hybride hydraulique15. La capacité de puissance, l’efficacité, le contrôle, etc., pouvaient être simulés, mais la fiabilité et la durée de vie n’ont pas été prises en compte. Des modèles d’analyse d’un système d’actionnement des commandes de vol basé sur l’EHA ont été proposés, dans lesquels des équations de transmission de puissance simples et des fonctions de poids ont été utilisées16. Étant donné que les modèles ont été utilisés pour des analyses au niveau des véhicules et des missions, la couverture limitée des attributs des modèles était appropriée. En tant que composant majeur de l’EHA, les servomoteurs ont attiré une attention distincte en ce qui concerne la modélisation et la conception, et les résultats sont également instructifs pour le développement de modèles EHA. Les réseaux thermiques, les modèles de poids, etc., peuvent également être pris en compte pour la modélisation EHA 17,18,19. La littérature examinée indique que, même en tenant compte des résultats des produits liés à l’EVDP, les modèles développés n’analysent pas tous les attributs de performance influents des produits pour la conception préliminaire. Les performances de contrôle, les performances thermiques, la fiabilité et la durée de vie sont les attributs qui ont été les plus négligés dans la construction des modèles. Par conséquent, cet article propose un ensemble de modèles capable d’analyser tous les attributs de performance les plus influents pour la conception préliminaire de l’EVDP. L’analyse de simulation est également présentée pour mieux illustrer les fonctions du modèle. Cet article est une extension d’une publication précédente20, car il améliore la génération de paramètres, implique le modèle de durée de vie, le modèle de fiabilité et le modèle de contrôle, optimise le coût de calcul, valide le modèle et effectue une analyse de simulation approfondie, etc.

L’unité de commande hydraulique conventionnelle d’une pompe à piston à cylindrée variable est remplacée par un actionneur électrique pour améliorer la compacité et réduire la dissipation de chaleur, comme le montre la figure 1. L’actionneur électrique se compose d’une vis à billes, d’une boîte de vitesses et d’un moteur synchrone à aimant permanent (PMSM). L’actionneur électrique relie la plaque tournante via une barre pour réguler le déplacement de la pompe. Lorsqu’elle est appliquée dans les EHA, la position de rotation de la plaque tournante EVDP swashplate est contrôlée en boucle fermée en modulant le PMSM. L’actionneur électrique est intégré à la pompe à piston dans un boîtier mutuel pour former un composant intégral. Cette conception immerge l’actionneur électrique dans le fluide de travail et renforce ainsi les effets de couplage multi-domaines.

Comme l’EVDP est un produit mécatronique multi-domaines typique, sa conception préliminaire joue un rôle essentiel dans l’optimisation des compromis dans ses performances au niveau du système et la définition des exigences de conception des composants. Le processus est illustré à la figure 2 basée sur le schéma de conception basé sur la simulation10,12. L’étape 1 analyse d’abord l’architecture EVDP sélectionnée, comme dans la figure 1, et conclut les paramètres de conception en fonction des exigences de performance spécifiées. Ensuite, la tâche de conception est généralement transformée en un problème d’optimisation pour explorer l’optimisation des performances de l’EVDP. Ceci est réalisé en convertissant les paramètres de conception en variables d’optimisation et en convertissant les exigences de performance en objectifs et contraintes. Il convient de noter que les paramètres de conception doivent être classés en catégories actives, pilotées et empiriques. Seuls les paramètres actifs sont utilisés comme variables d’optimisation en raison de leurs caractéristiques d’indépendance. Les deux autres catégories sont générées automatiquement par estimation à partir des paramètres actifs. Par conséquent, l’étape 2 développe les modèles d’estimation des paramètres pilotés et empiriques. Ces outils d’estimation sont utilisés dans chaque itération de l’optimisation, ainsi qu’à l’étape 5 pour formuler tous les paramètres de simulation requis. L’étape 3 construit les modèles de calcul pour chaque objectif ou contrainte d’optimisation, ce qui reflète les performances requises. Ces modèles doivent être efficaces sur le plan informatique; sinon, le coût de calcul de l’optimisation serait inacceptable. L’étape 4 effectue le calcul d’optimisation, qui est généralement multi-objectif et multidisciplinaire. Il traite également des incertitudes des paramètres dans la phase de conception préliminaire. L’étape 5 construit un modèle global de l’EVDP conçu et l’utilise pour valider les résultats d’optimisation en simulant l’EVDP selon des cycles de service typiques. Ce modèle est l’outil ultime pour évaluer les résultats de la conception préliminaire. Par conséquent, ce modèle devrait avoir la plus haute fidélité et impliquer toutes les caractéristiques influentes dans un style de couplage serré. Enfin, les résultats préliminaires de la performance de conception et les résultats de dimensionnement au niveau du système sont obtenus.

Cet article se concentre sur la méthode de modélisation et de simulation du système de l’EVDP, qui consiste à effectuer l’analyse des paramètres à l’étape 1 et à compléter les étapes 2 et 5. Tout d’abord, les paramètres de conception sont dérivés en fonction de l’architecture EVDP et des exigences de conception, et ils sont classés en trois sous-catégories. Deuxièmement, les modèles d’estimation des paramètres non actifs sont développés sur la base de lois de mise à l’échelle, de catalogues de composants, de fonctions empiriques, etc. Troisièmement, le modèle global de l’EVDP est construit à l’aide d’équations de couplage multidisciplinaires et de sous-modèles supplémentaires de durée de vie et de fiabilité, et le modèle est partiellement vérifié par des expériences. Enfin, les résultats de dimensionnement précédents sont importés dans le modèle construit pour effectuer une analyse de simulation dans le cadre de cycles de service typiques. Les performances au niveau du système sont déduites en fonction des résultats de la simulation. La sensibilité des paramètres et la robustesse de la conception sont également évaluées. En conséquence, cet article développe une méthode de modélisation et de simulation spécifique pour la conception préliminaire EVDP. Les performances de l’EVDP pour l’application dans l’EHA sont prédites de manière exhaustive. La méthode proposée constitue un outil pratique pour le développement d’EVDP et d’EHA à déplacement variable pour des applications à haute puissance. La méthode peut également être utilisée pour développer des outils de simulation pour d’autres types de produits mécatroniques. L’EVDP dans cet article fait référence à la pompe à cylindrée variable à commande électromécanique, mais la pompe à cylindrée variable à commande électrohydraulique est hors du champ d’application de cet article.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

REMARQUE: Matlab et Simcenter Amesim (ci-après dénommés plate-forme de simulation de système) ont été utilisés dans ce protocole et sont répertoriés dans la table des matériaux. Cependant, le protocole proposé ne se limite pas à l’implémentation dans ces deux applications logicielles.

1. Sélection et classification des paramètres de conception EVDP (étape 1 de la figure 2).

  1. Démontez l’architecture de l’EVDP de la figure 1 en une unité de pompe à piston, une vis à billes, une boîte de vitesses, un PMSM et un contrôleur. Vérifiez les exigences de performance de l’EVDP.
    REMARQUE: En particulier dans ce document, les exigences comprenaient la capacité de puissance, les performances de contrôle, les performances thermiques, la durée de vie, la fiabilité, l’efficacité et le poids.
  2. Résumez les paramètres de taille et les spécifications des composants de l’EVDP. Analysez les paramètres et les spécifications et sélectionnez ceux liés aux exigences de performance EVDP spécifiées.
    REMARQUE : Les paramètres et spécifications des composants sélectionnés sont les paramètres de conception de la conception préliminaire de l’EVDP, comme indiqué dans le tableau 1. Le tableau 1 comprend également les résultats de la classification des paramètres obtenus à l’étape 1.3.
  3. Classez les paramètres de conception dans les catégories actives, pilotées et empiriques21, comme indiqué dans le tableau 120.
    1. Affectez les paramètres ou spécifications indépendants les plus représentatifs de chaque composant à la catégorie active.
    2. Affectez les paramètres qui peuvent être dérivés des paramètres actifs à la catégorie pilotée.
    3. Affectez les autres paramètres calculés à l’aide de fonctions empiriques à la catégorie empirique.
      REMARQUE: Les résistances thermiques sont le groupe de paramètres pour la modélisation de réseau thermique. Chaque chemin thermique est affecté à une résistance thermique. La quantité et les valeurs des paramètres thermiques sont finalement décidées par l’architecture du réseau thermique.

2. Élaboration des modèles d’estimation des paramètres pilotés et empiriques (étape 2 de la figure 2).

REMARQUE: Effectuez les modèles d’estimation des paramètres pilotés et empiriques à l’aide de Matlab sur la base des méthodes suivantes. Un script individuel est créé pour chaque paramètre piloté ou empirique.

  1. Estimer les paramètres de la pompe et du moteur à partir des paramètres actifs à l’aide des lois demise à l’échelle 22,23.
    REMARQUE: Les paramètres de la pompe et du moteur sont principalement liés à la géométrie ou au poids, ce qui répond généralement à l’exigence de similitudes de matériau et de géométrie pour l’utilisation des lois de mise à l’échelle.
    1. Définissez le rapport de mise à l’échelle d’un paramètre de composant arbitraire x comme suit :
      Equation 1(1)
      où x est le paramètre concerné et xref est le paramètre correspondant d’un composant de référence. Reliez les paramètres actifs et pilotés à la dimension caractéristique du composant comme suit :
      Equation 2(2)
      où Y* est le rapport d’échelle d’un paramètre actif ou entraîné, l* est le rapport d’échelle de la dimension caractéristique du composant et α est le coefficient du rapport d’échelle.
    2. Reliez chaque paramètre piloté du composant au paramètre actif en combinant l’équation (2) respective du paramètre piloté spécifique et les paramètres actifs.
      REMARQUE: Certains résultats illustrés sont 22,23:
      Equation 3(3)
      où les symboles des équations renvoient au tableau 1. Reportez-vous à la Table des matériaux pour les détails de la pompe à piston et du moteur utilisés dans ce protocole.
  2. Estimez les paramètres entraînés de la boîte de vitesses et de la vis à billes à partir des paramètres actifs à l’aide de catalogues de composants.
    REMARQUE: Les paramètres actifs de la boîte de vitesses et de la vis à billes sont des valeurs discrètes. Une variation continue des paramètres actifs n’est pas possible en raison de contraintes de mécanisme ou de coûts élevés. Par conséquent, il est préférable d’utiliser des boîtes de vitesses ou des vis à billes prêtes à l’emploi.
    1. Estimez les paramètres entraînés de la boîte de vitesses en extrayant les paramètres de la fiche technique de la boîte de vitesses qui correspondent le mieux au rapport et au couple nominal définis. En particulier dans cet article, le réducteur (Table des matériaux) a été utilisé pour construire la bibliothèque de boîtes de vitesses dans le logiciel Matlab. Utilisez le couple nominal avant le rapport défini pour faire correspondre la boîte de vitesses en fonction de la méthode d’organisation du portefeuille du réducteur spécifié (table des matériaux).
    2. Estimez les paramètres entraînés de la vis à billes en extrayant les paramètres de la fiche technique de la vis à billes qui correspondent le mieux au plomb et à la charge nominale définis. En particulier dans cet article, la vis à billes (Table des matériaux) a été utilisée pour construire la bibliothèque de vis à billes dans Matlab. Utilisez la charge nominale avant le plomb défini pour faire correspondre la vis à billes en fonction de la méthode d’organisation du portefeuille de la vis à billes spécifiée (table des matériaux).
  3. Estimer l’efficacité de la pompe, de la boîte de vitesses et de la vis à billes par des fonctions empiriques.
    REMARQUE: Les paramètres d’efficacité ne sont pas fournis par les fiches techniques de la pompe, de la boîte de vitesses et de la vis à billes, ils sont donc estimés par une méthode empirique basée sur les fonctions.
    1. Supposons que le rendement volumétrique de la pompe et le rendement mécanique de la pompe au point de travail nominal sont de 0,95 et 0,90, respectivement. Utilisez ces deux valeurs pour ajuster les fonctions empiriques de la fuite et du frottement visqueux au point de travail nominal, comme dans l’équation (4) et l’équation (5)24. On dérive ensuite les coefficients, Epv et Epm des fonctions empiriques. Par conséquent, utilisez les fonctions empiriques dérivées pour simuler les caractéristiques d’efficacité dans des conditions de travail complètes:
      Equation 4(4)
      Equation 5(5)
      où Δp est la différence de pression de la pompe, Tpo est la température de l’huile dans la pompe, Dp est le déplacement instantané de la pompe et Sp est la vitesse de la pompe.
      REMARQUE: Les données d’efficacité au point de travail nominal des pompes prêtes à l’emploi peuvent être obtenues auprès du fabricant, même si ce n’était pas le cas dans le présent document. Ensuite, les données d’efficacité peuvent être utilisées à la place des données supposées pour améliorer la fidélité. Les coefficients dérivés, qui se trouvent sous le point de travail nominal, sont ensuite régulés en fonction des conditions de travail instantanées (c’est-à-dire le déplacement et la température).
    2. Utilisez les données d’efficacité maximale de la boîte de vitesses ou de la vis à billes pour adapter la fonction de frottement visqueux à la charge maximale et à la vitesse maximale, comme dans l’équation (6). Ensuite, dérivez le coefficient de frottement visqueux f. En conséquence, modélisez l’efficacité de la boîte de vitesses instantanée ou de la vis à billes comme dans l’équation (7):
      Equation 6(6)
      Equation 7(7)
      où Emax, Smax et Fmax sont respectivement l’efficacité maximale, la vitesse maximale et la force maximale de la boîte de vitesses ou de la vis à billes obtenues à partir de la fiche technique; E, S et F sont respectivement l’efficacité instantanée, la vitesse instantanée et la force instantanée de la boîte de vitesses ou de la vis à billes pendant la simulation; et f est le coefficient de frottement visqueux de la boîte de vitesses ou de la vis à billes.
      REMARQUE: Supposons que l’efficacité maximale de la vis à billes est de 0,90 en raison de l’absence de données relatives à l’efficacité. Mettez à jour la fonction d’efficacité de la vis à billes une fois que les données relatives à l’efficacité sont disponibles.
  4. Estimer les paramètres de résistance thermique. Estimer les résistances thermiques pour le modèle de réseau thermique développé à l’étape 3.3. en utilisant les fonctions empiriques de la théorie thermodynamique. Classer les résistances thermiques en deux types : la convection forcée et la conduction.
    REMARQUE: Définissez la résistance thermique entre la coque EVDP et l’environnement comme une valeur constante. En effet, l’étage actuel étudie les caractéristiques thermiques à l’intérieur de la pompe, tandis que les performances détaillées de dissipation de la chaleur de la coque sont au centre de la future conception thermique.
    1. Estimer la résistance de conduction thermique entre les pièces solides à l’aide de l’équation (8), qui est basée sur la loid’échelle 23:
      Equation 8(8)
      où Rsst est la résistance thermique entre deux parties solides, et Tmn est le couple nominal du servomoteur.
      REMARQUE: L’équation (8) est utilisée uniquement pour estimer la résistance thermique de la conduction thermique de la coque d’enroulement, car il s’agit du seul contact solide-solide dans le modèle de réseau thermique.
    2. Estimer la résistance thermique de la convection forcée entre une pièce solide et une partie fluide à l’aide de l’équation (9)25,26 :
      Equation 9(9)
      où Rsft est la résistance thermique entre une partie solide et une partie fluide; λf est la conductivité thermique du fluide ; La est la longueur caractéristique de l’échange de chaleur; CRe et m sont des coefficients dépendant du nombre de Reynolds Re; Pr est le nombre de Prandtl ; et At est la zone d’échange de chaleur.
      REMARQUE: La et d’autres dimensions structurelles sont estimées en fonction des lois d’échelle, et la vitesse du fluide à travers la zone d’échange de chaleur est instantanément calculée à partir des résultats de simulation du débit de la pompe.

3. Élaboration du modèle de simulation du système (étape 5 de la figure 2).

REMARQUE: Construisez un modèle de couplage multidisciplinaire de l’EVDP qui peut examiner toutes ses performances. L’architecture du modèle est illustrée à la figure 3, et le modèle est réalisé dans l’environnement de co-simulation basé sur Matlab et la plate-forme de simulation système. Tout d’abord, construisez le modèle individuel groupé de chaque composant ou discipline. Ensuite, assemblez les modèles de composants/disciplines conformément à la figure 3.

  1. Construisez le modèle de poids de l’EVDP dans Matlab.
    1. Calculez le poids de l’EVDP en additionnant les poids de chaque composant, qui sont obtenus à partir des modèles d’estimation de poids de l’étape 2.
  2. Effectuer une modélisation dynamique des paramètres groupés de l’EVDP dans la plate-forme de simulation du système.
    1. Construisez le modèle de mouvement électromagnétique du servomoteur, le modèle de mouvement de la transmission mécanique, le modèle de mouvement hydraulique de l’unité de pompe à piston et le modèle de couple de charge de la plaque tournante, comme décrit précédemment20.
    2. Modélisez les pertes du système comme dans l’équation (10) :
      Equation 10 (10)
      où QmCu est la perte de cuivre du servomoteur; Qmr est la perte de rotor du servomoteur; Qpv et Qpm sont respectivement la perte volumétrique et la perte mécanique de la pompe; Qg est la perte de la boîte de vitesses; Qs est la perte de vis à billes; im est le courant du servomoteur; Sm est la vitesse du servomoteur; Δp est la différence de pression de la pompe; Tpo est la température de l’huile dans la pompe; Dp est le déplacement de la pompe; Sp est la vitesse de la pompe; fg est le coefficient de frottement visqueux de la boîte de vitesses; Ss est la vitesse d’entrée de la boîte de vitesses; et Ts est le couple de la vis à billes.
    3. Modélisez les propriétés du fluide comme dans l’équation (11). Identifiez les coefficients en ajustant la fiche technique du fluide à l’équation (11) :
      Equation 11 (11)
      où ρf et ρf0 sont respectivement la densité instantanée et la densité de référence; Cp et Cp0 sont respectivement la chaleur spécifique instantanée et la chaleur spécifique de référence; μf et μf0 sont respectivement la viscosité absolue instantanée et la viscosité absolue de référence; λf et λf0 sont respectivement la conductivité thermique instantanée et la conductivité thermique de référence; pi est la pression instantanée du ième nœud fluide; Ti est la température instantanée du ième nœud fluide; p0 et T0 sont la pression et la température de référence des propriétés du fluide; et am,n, bm,n, cm,n et dm,n sont les coefficients.
    4. Modéliser la dynamique de pression des volumes de fluide comme dans l’équation (12)27,28. Modélisez l’orifice comme dans l’équation (4) :
      Equation 12(12)
      où p est la pression du volume de fluide; B est le module de masse du fluide; ρ est la densité du fluide; V est le volume de fluide; Equation 13 et Equation 14 sont respectivement le débit massique entrant et sortant du volume de fluide; αp est le coefficient de dilatation volumétrique du fluide; et T est la température du volume de fluide.
    5. Modélisez le contrôleur à l’aide d’un contrôleur PID à triple boucle, comme dans la figure 46. Réglez les paramètres de contrôle par le biais de plusieurs essais de simulation lorsque le modèle de simulation et d’autres paramètres de simulation sont prêts. Réglez les paramètres de contrôle de la boucle interne à la boucle externe en augmentant progressivement les valeurs de gain.
    6. Ajoutez un modèle de ressort rotatif et d’amortisseur entre la source de vitesse d’entraînement et le rotor de la pompe. Ajoutez un modèle de ressort et d’amortisseur linéaire entre la vitesse d’entrée et la masse de charge de la vis à billes.
      REMARQUE: Cette étape active la causalité de l’équation dans le modèle d’unité de pompe à piston et le modèle de vis à billes. Réglez la rigidité du ressort et l’indice d’amortissement sur des valeurs constantes qui peuvent entraîner des effets de ces deux blocs ignorables.
  3. Effectuer la modélisation thermique de l’EVDP dans la plate-forme de simulation du système.
    1. Définissez un réseau thermique pour l’EVDP20. Ajoutez la charge thermique dans l’équation (10), à l’exception de Qpv, aux nœuds thermiques correspondants.
    2. Modélisez les résistances thermiques pour l’échange de chaleur solide-solide et l’échange de chaleur solide-fluide à l’aide des fonctions de paramètre de l’étape 2.4. Modéliser l’échange de chaleur des nœuds fluide-fluide en échangeant leurs débits d’enthalpie externes (voir l’étape 3.3.4. 29.
      REMARQUE: Une structure d’échange thermique de référence et les dimensions de l’EVDP sont nécessaires pour obtenir les paramètres de l’équation (9) basée sur les lois d’échelle. La structure d’échange thermique EVDP utilisée est représentée à la figure 5.
    3. Modéliser la dynamique de température des nœuds thermiques solides comme dans l’équation (13) :
      Equation 15(13)
      où Equation 16, m et cp sont respectivement le débit de chaleur, la masse et la chaleur spécifique du nœud solide.
    4. Modéliser la dynamique de température des volumes de fluide comme dans l’équation (14)27,28:
      Equation 17(14)
      où p, m, cp et αp sont respectivement la pression, la masse, la chaleur spécifique et le coefficient de dilatation volumétrique du nœud fluide; V et h sont respectivement les volumes et l’enthalpie du nœud fluide ; Equation 13 et hin sont respectivement le débit massique et l’enthalpie du débit entrant; Equation 16 est le taux d’échange de chaleur; et Ws est le travail de l’arbre du nœud fluide.
    5. Modéliser la dynamique de température des orifices comme dans l’équation (15). Cela détermine également les effets de charge thermique de Qpv. Modélisez les orifices comme un nœud de transfert d’enthalpie idéal, qui transfère l’enthalpie entrante directement à l’enthalpie sortante.
      Equation 18(15)
      où αp, ρ et cp sont respectivement le coefficient de dilatation volumétrique, la densité et la chaleur spécifique du fluide.
    6. Modélisez les transferts d’enthalpie à l’intérieur de la pompe comme dans l’équation (16) :
      Equation 19(16)
      où dmhout et dmhin sont respectivement le débit d’enthalpie sortant et entrant; et Dp, Δp et Sp sont respectivement le déplacement, la différence de pression et la vitesse de la pompe.
  4. Pour la modélisation de la durée de vie et de la fiabilité, définissez la vis à billes et l’unité de pompe à piston comme composants critiques pour la durée de vie et la fiabilité. Utilisez la plus petite valeur de la durée de vie/fiabilité évaluée de ces deux composants comme performance de durée de vie/fiabilité EVDP. Réalisez les modèles à l’aide des scripts Matlab.
    1. Utilisez la durée de vie en fatigue de la vis à billes comme durée de vie. Utilisez la durée de vie de l’unité de pompe à piston comme durée de vie. Modélisez la durée de vie de l’unité de pompe à billes et de pompe à piston comme dans l’équation (17) et l’équation (18)13,30:
      Equation 20(17)
      Equation 21(18)
      où Fampi et Fsignifienti sont l’amplitude de la force de charge et la charge moyenne de la vis à billes dérivées des résultats de simulation de charge de la vis à billes à l’aide du comptage de l’écoulement de pluie; Fmax est la force de charge maximale admissible de la vis à billes; Δpmoyennei est la pression de charge moyenne de la pompe dérivée des résultats de simulation de pression de charge de la pompe à l’aide du comptage du débit de pluie; Sp est la vitesse de la pompe; m est la quantité des différents cycles qui sont comptés; ni est la quantité du ième cycle; Ni est la quantité de ième cycle qui peut s’écouler hors de la durée de vie du composant; Tcyc est la durée du cycle d’utilisation, à partir de laquelle les m cycles sont identifiés; et p, α et β sont les constantes expérimentales.
      REMARQUE: Ni est obtenu en ajustant sa contrainte de charge associée, Equation 22, à la courbe linéaire log-log S-N, qui est établie à l’aide des données de charge maximale et des données de durée de vie nominale du composant spécifique. La courbe log-log S-N peut être améliorée lorsque davantage de données de durée de vie deviennent disponibles.
    2. Supposons que la fiabilité de la vis à billes et de la pompe correspondant à sa durée de vie est de 0,90. Définissez la fiabilité telle que calculée à la 50 000e heure de travail. Modéliser la fiabilité de la vis à billes et de l’unité de pompe à piston comme dans l’équation (19)13 :
      Equation 23(19)
      où Rref est la fiabilité de référence à la durée de vie de référence Lh,10 et Lh,10 spec est le temps de travail spécifié pour évaluer la fiabilité.
  5. Assemblez le modèle.
    1. Placez toutes les équations nécessaires (introduites à partir des étapes 3.1 à 3.4) de chaque nœud de la figure 3 ensemble pour former le bloc de modèle pour chaque nœud. Terminez les variables d’entrée et de sortie de chaque nœud.
      REMARQUE: Prenons l’exemple du nœud théorique de la pompe à piston; il implique cinq équations : le couple d’entraînement en tenant compte des pertes mécaniques, le débit de sortie sans tenir compte des fuites (la fuite est modélisée séparément par les orifices), la variation de déplacement en fonction du mouvement de contrôle du déplacement, le transport de l’enthalpie et le couple de charge produit par la plaque tournante. Les entrées dérivées sont la vitesse de conduite, la pression et la température aux deux ports, et le déplacement de la plaque tournante. Les sorties dérivées sont l’angle de l’arbre, le couple de charge de l’arbre d’entraînement, le débit de sortie, l’enthalpie de sortie et le couple de charge produit par la plaque tournante.
    2. Définissez les entrées et les sorties du modèle EVDP global et effectuez l’analyse de causalité de tous les nœuds. Ajoutez des nœuds supplémentaires si nécessaire pour vous assurer que tous les nœuds sont liés de manière causale. Ensuite, connectez tous les nœuds pour former le modèle global de l’EVDP, comme dans la figure 3.
      REMARQUE : Les trois nœuds de chemin de fluide et les deux nœuds de port interne de la figure 3 ont été ajoutés pour assurer la compatibilité de la causalité globale du modèle. Ils sont modélisés comme les orifices (équation [4]).

4. Vérification partielle du modèle (étape 5 de la figure 2).

REMARQUE : Utilisez un prototype EVDP et son banc d’essai pour vérifier la méthode de modélisation à l’étape 3. L’étape 4 (vérification du modèle) a été effectuée dans le présent document parce que le PDVE a été nouvellement élaboré et que les modèles ont été nouvellement proposés. Le prototype EVDP utilisé dans cet article a été réduit par rapport à celui simulé à l’étape 5. Les modèles validés sur la base du prototype réduit sont considérés comme applicables pour simuler le même type d’EVDP dans d’autres tailles. Pour les futures tâches de modélisation et de simulation lors de la conception préliminaire du même type d’EVDP, l’étape 4 peut être omise.

  1. Effectuer une installation expérimentale.
    1. Construisez un prototype EVDP selon les schémas de la figure 1. Adaptez les composants existants pour former les sous-composants de l’EVDP, tels que l’unité de pompe à piston, la boîte de vitesses, la vis à billes et le servomoteur.
      REMARQUE: une pompe à 7 pistons d’une cylindrée de 7,4 mL / tr / min a été utilisée pour construire le prototype dans ce document. L’inclinaison maximale de la plaque tournante était de 18°. La vitesse nominale était de 7000 tr/min et la pression nominale était de 21 MPa. Le fil de vis à billes était de 1,59 x 10-3 m et le rapport de la boîte de vitesses était de 2,47. Le prototype EVDP est illustré à la figure 6.
    2. Installez l’EVDP sur un banc d’essai composé d’une pièce de chargement et d’une partie de commande31, comme illustré à la figure 7. Connectez les trois orifices EVDP au circuit hydraulique de la pièce de chargement. Connectez les câbles électriques EVDP à la partie de commande.
  2. Effectuer des essais de prototypes.
    1. Démarrez la puissance hydraulique auxiliaire (9) en appuyant sur le bouton de démarrage du panneau.
    2. Définissez le déplacement de l’EVDP sur 2,5° dans la zone de texte de la commande displacement à l’aide de l’interface utilisateur. Mettez sous tension la vanne de mode (10) et réglez les vannes de régulation de charge (12) à une pression de charge de 3,5 MPa à l’aide du panneau. Lisez et enregistrez le flux de sortie de l’EVDP à partir du panneau.
    3. Réglez le déplacement EVDP sur -18°, -15°, -12°, -10°, -8°, -5°, -2,5°, 2,5°, 5°, 8°, 10°, 12°, 15° et 18°, respectivement. Enregistrez chaque flux de sortie de l’EVDP sous chaque déplacement défini, comme illustré à la figure 8A.
    4. Réglez le déplacement evDP à 2,5° et ajustez la pression de charge à environ 3,3 MPa, 5 MPa, 8 MPa, 10 MPa, 13 MPa, 15 MPa, 17 MPa, 18 MPa, 19 MPa, 20 MPa et 21 MPa, respectivement. Enregistrez le débit de sortie de l’EVDP sous chaque pression. Réglez le déplacement EVDP à 5°, 8° et 18°, respectivement, et répétez le réglage de pression du test de déplacement de 2,5° pour chaque nouveau déplacement. Enregistrez le débit de sortie EVDP sous chaque point de test, comme illustré à la figure 8B.
    5. Désactivez la vanne de mode (10) en appuyant sur le bouton du panneau. Réglez la commande de déplacement de fréquence de balayage (de 0,02 Hz à 20,5 Hz à une amplitude de 2,5°) sur l’EVDP dans la zone de texte de l’interface utilisateur. Enregistrez la réponse au déplacement de l’EVDP et dérivez ses caractéristiques de magnitude et de phase, comme le montre la figure 9A.
  3. Analyser les résultats expérimentaux.
    1. Définissez les paramètres actifs du prototype EVDP sur le modèle construit à l’étape 3. Le modèle génère automatiquement les autres paramètres de simulation requis. Réglez la température ambiante et la température initiale de l’EVDP à 40 °C. Exécutez le modèle de simulation dans les mêmes conditions que dans le test du prototype EVDP à l’étape 4.2 et enregistrez les résultats de la simulation.
    2. Tracez les résultats expérimentaux et les résultats de simulation de chaque groupe de conditions dans la même figure, comme illustré à la figure 8 et à la figure 9.
      REMARQUE: L’erreur de simulation de débit maximal (2,2 L / min) s’est produite à un déplacement de 2,5 °, soit 4,35% du débit EVDP complet. Les résultats de simulation des caractéristiques de fréquence ont atteint une bonne cohérence avec les résultats expérimentaux sous les commandes 10 Hz et ont montré des erreurs plus élevées sur les commandes 10 Hz. La précision de la simulation était satisfaisante.
      REMARQUE : Les erreurs plus élevées des résultats de simulation des caractéristiques de fréquence sur les commandes 10 Hz de la figure 9A proviennent des outils de génération de paramètres du package de modèle proposé. Les résultats de la simulation ont atteint une bonne précision lors de l’utilisation de paramètres de prototype réels, comme le montre la figure 9B. Les outils de génération de paramètres ont entraîné des erreurs parce que les composants de référence utilisés pour estimer les paramètres n’étaient pas dans la même série que les composants du prototype (des composants internes ont été utilisés pour le prototype EVDP). Par conséquent, les erreurs de simulation ne sont pas préoccupantes lorsque les composants sélectionnés sont dans la même série que les composants de référence, mais les incertitudes des paramètres sont également abordées à l’étape 5.

5. Analyse de simulation (étape 5 de la figure 2).

REMARQUE : Effectuez l’analyse de simulation de l’option de conception EVDP précédemment obtenue en effectuant les étapes 3 et 4 (conception d’optimisation) de la figure 2. Décomposez le processus de simulation, comme illustré à la figure 10.

  1. Définissez les paramètres actifs et les paramètres de simulation.
    1. Utilisez un ensemble de paramètres actifs précédemment obtenus de l’EVDP pour la première simulation, où la vitesse nominale de l’EVDP est de 7000 tr / min, la pression nominale de l’EVDP est de 28 MPa, le déplacement maximal de l’EVDP est de 12,3 mL / tr/ min, la tension nominale du servomoteur est de 28 VDC, le couple nominal du servomoteur est de 0,386 Nm, la boîte de vitesses est omise, la force nominale de la vis à billes est de 5460 N et le fil de vis à billes est de 0,005 m.
    2. Utilisez le fluide hydraulique aérospatial GJB1177-1991 15# comme fluide de travail dans la simulation. Réglez l’environnement à une température critique de 70 °C. Le coefficient d’échange thermique entre la coque EVDP et l’environnement est constant à 20 W/m2/K.
    3. Définissez le rapport cyclique20. Ajoutez un dissipateur de chaleur fluide pour collecter le flux de retour EVDP et le débit d’alimentation à l’entrée de l’EVDP.
      REMARQUE: Le dissipateur de chaleur émule les composants en aval dans l’application réelle. Il contient un fluide de 10 L avec une zone d’échange de chaleur de 5 m2 , qui maintient un coefficient d’échange thermique de 50 W / m2 / K avec l’environnement. La forte dissipation thermique du dissipateur de chaleur fluide est utilisée pour dissiper toute la puissance de sortie EVDP car la puissance de sortie EVDP est convertie en chaleur par la vanne de contrôle de charge.
    4. Définissez les paramètres de conception sur des plages qui couvrent l’espace de conception pour effectuer l’analyse de sensibilité. Utilisez le rapport de la boîte de vitesses comme paramètre illustré dans ce document. Définissez la plage de rapport de la boîte de vitesses sur 1-3,5 pour étudier les effets de l’utilisation de valeurs variables continues pour le rapport de la boîte de vitesses.
      REMARQUE: La plage du rapport de boîte de vitesses a été définie en utilisant le dernier numéro de série comme limite inférieure et en utilisant le numéro de série suivant comme limite supérieure. De cette façon, les effets de l’utilisation de valeurs variables continues du rapport de la boîte de vitesses pourraient être analysés. Comme le rapport 1 (n’utilisant pas la boîte de vitesses) était le rapport de boîte de vitesses optimisé, le rapport de la dernière boîte de vitesses de série n’existait pas. La limite inférieure de la fourchette devait être de 1 dans cette étude. Le rapport 3,5 n’avait pas besoin d’être simulé à nouveau car il était déjà comparé au rapport de 1 dans la conception d’optimisation précédente et a été écarté. Enfin, les rapports 2 et 3 ont été sélectionnés pour l’analyse de sensibilité. Dimensionnez les autres composants à des performances de contrôle de déplacement EVDP comparables une fois que le nouveau rapport de boîte de vitesses est défini pour assurer une comparaison équitable32.
    5. Définissez les paramètres de conception sur des plages qui couvrent leurs tolérances pour effectuer l’analyse d’incertitude. Utilisez la constante de couple du servomoteur et le moment d’inertie du servomoteur comme paramètres illustrés dans ce document. Réglez la plage de la constante de couple du servomoteur et le moment d’inertie du servomoteur sur 1 - 20% et 1 + 20% de leurs valeurs estimées pour vérifier leurs effets d’erreur d’estimation sur les caractéristiques de fréquence EVDP33.
  2. Exécutez la simulation.
    1. Définir le modèle dynamique et le modèle thermique proposés à l’étape 3 (implémentés dans la plate-forme de simulation du système) conformément à l’étape 5.1.2. Cliquez sur Mode paramètre > TFFD3-1 > nom de fichier pour obtenir des données simples sur les caractéristiques du fluide afin d’importer le fichier de propriétés de l’huile. Cliquez sur Mode paramètre > THGCV0-1/THGCV0-2 > Température du fluide pour régler la température ambiante à 70 °C. Cliquez sur Mode paramètre > THGCV0-1/THGCV0-2 > Coefficient d’échange thermique par convection pour régler la température ambiante à (20 W/m2/K) / (50 W/m2/K).
    2. Entrez les paramètres actifs à l’étape 5.1.1. aux modèles d’estimation des paramètres (implémentés à l’aide de Matlab) proposés à l’étape 2. Cliquez sur EDITOR > Exécuter pour exécuter le script permettant de générer tous les paramètres de simulation nécessaires, comme indiqué dans le tableau 2.
      REMARQUE : Les paramètres de contrôle sont obtenus comme illustré à l’étape 3.2.5. plutôt que d’être généré automatiquement.
    3. Cliquez sur EDITOR > Exécuter dans Matlab pour exécuter le script de calcul du poids et activer les modèles dynamiques et thermiques avec les paramètres de simulation. Les résultats de la simulation sont automatiquement obtenus par ce script.
    4. Cliquez sur EDITOR > Exécuter dans Matlab pour exécuter le script permettant de calculer la durée de vie evdp et les performances de fiabilité à partir des résultats de simulation enregistrés.
  3. Cliquez sur Mode de simulation dans la plate-forme de simulation système pour vérifier les résultats de la simulation. Dérivez d’autres résultats de performance EVDP à partir de ces résultats de simulation de domaine temporel (par exemple, la précision et la bande passante du contrôle de la plaque tournante, la température de fonctionnement EVDP, l’efficacité EVDP et le niveau de puissance EVDP).
  4. Cliquez sur Mode paramètre dans la plate-forme de simulation système pour définir les paramètres de simulation spécifiés à l’étape 5.1.4. et 5.1.5. Cliquez sur EDITOR > Exécuter dans Matlab pour exécuter le script d’activation des modèles dynamiques et thermiques. Cliquez sur Mode de simulation dans la plate-forme de simulation du système pour vérifier les résultats de simulation des analyses de sensibilité et d’incertitude.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Cette section présente les résultats obtenus en effectuant toutes les étapes du protocole, qui font partie de l’étape 1, de l’étape 2 et de toute l’étape 5 de la méthode de conception préliminaire evDP de la figure 2. Les informations d’entrée dans le protocole comprennent les schémas EVDP de la figure 1, les paramètres actifs optimisés (clarifiés à l’étape 5.1.1.) de l’EVDP de l’étape 4 de la figure 2, et les tâches de simulation des performances EVDP, qui se rapportent aux exigences de conception EVDP. Les résultats du protocole sont les résultats de conception préliminaires finaux de l’EVDP, y compris les valeurs des paramètres de conception EVDP et la performance EVDP prévue sous ces paramètres de conception. En particulier, les modèles d’estimation des paramètres intégrés dans les étapes 1 et 2 du protocole produisent les résultats des paramètres de conception. Les étapes 3 et 4 du protocole produisent le modèle de simulation pour l’examen final de l’EVDP. L’étape 5 du protocole prédit les performances evdp sous les paramètres de conception spécifiques. Ceux-ci sont clarifiés ci-dessous en détail.

Les résultats de l’estimation des paramètres sont basés sur les paramètres actifs de l’étape 5.1.1. sont présentés dans le tableau 2. Ces paramètres étaient suffisants pour exécuter le modèle de simulation proposé à l’étape 3. En outre, ils seront distribués aux fabricants de composants pour être utilisés comme exigences de composants. Par la suite, la masse EVDP a été obtenue facilement en additionnant les poids des composants séparés, ce qui donne 10,82 kg.

Après avoir effectué l’étape 5.2.2. en utilisant les paramètres et réglages susmentionnés, les résultats bruts de la simulation dynamique et thermique ont été obtenus. La figure 11 présente la dynamique de la température de différentes pièces EVDP, qui soutiennent fortement l’évaluation des performances thermiques de la conception EVDP sélectionnée. Les résultats indiquent que la température de fluide la plus élevée (175 °C) était au volume de drainage, ce qui décrit les futures exigences de conception thermique. Le fluide dans la conduite de fuite (drain, transmission et moteur) présentait une onde de température, principalement causée par les différents débits de fuite. Par conséquent, la fuite ne doit pas seulement être prise en compte dans la conception de l’efficacité, mais aussi dans la conception thermique. Les pièces solides ont démontré une constante thermique beaucoup plus lente, mais elles n’ont pas modifié la température evDP de manière significative car la chaleur générée et la masse solide n’étaient pas comparables au côté fluide.

La figure 12A illustre l’efficacité du PDVE dans le cadre d’un cycle d’utilisation complet. Dans des conditions de pleine charge (3 premières s), l’EVDP a atteint un rendement total d’environ 80%, qui est défini comme la puissance du fluide de sortie / (puissance d’entrée de l’arbre + puissance d’entrée du servomoteur). L’efficacité a chuté de manière significative lorsque la charge a diminué. En effet, l’EVDP fonctionne toujours à sa vitesse nominale, ce qui provoque des pertes par frottement continues, mais les pertes absolues de l’EVDP ont chuté (de 8,4 kW à 2,3 kW) avec la diminution de l’efficacité de la figure 12A. Ce sont des caractéristiques communes à la plupart des dispositifs de transformation de puissance (c’est-à-dire que les conditions de charge partielle entraînent une efficacité inférieure, mais les pertes absolues diminuent également), de sorte qu’elles ne suscitent pas de préoccupation quant aux performances de l’EVDP. L’efficacité de 80% dans l’état de pleine charge de l’EVDP est fondamentalement un résultat satisfaisant. Il convient également de noter que les résultats d’efficacité ont fluctué à 2-3 s. Pendant cette période, la puissance de l’arbre d’entrée et de la partie de commande de déplacement électromécanique était à un niveau comparable (1 kW). En outre, la pièce de contrôle de déplacement électromécanique a montré un changement et une récupération rapides de la consommation d’énergie au cours de cette période en raison de la dynamique de pression interne élevée de l’EVDP. Par conséquent, selon la définition de l’efficacité, l’efficacité à cette période fluctue considérablement, même au-delà de la plage de 0% à 100%.

La réponse en fréquence de balayage (amplitude de 2,5° de 8 Hz à 20 Hz) examine les performances dynamiques de l’EVDP. Comme le montre la figure 12B, l’inclinaison de la plaque tournante a bien suivi la commande pendant la plage de fréquences de balayage (-0,3 dB, -43° comme la plus basse), ce qui indique plus de 20 Hz de bande passante EVDP. Les performances dynamiques élevées ont été facilement obtenues grâce à la conception de l’appareil de contrôle à faible inertie de l’EVDP (c’est-à-dire le dispositif de contrôle électromécanique). Cela montre les avantages dynamiques de l’EHA à déplacement variable utilisant l’EVDP par rapport à l’EHA à vitesse variable. L’EHA à vitesse variable doit faire pivoter dynamiquement l’arbre principal à haute inertie de la motopompe, ce qui s’est avéré être un grand défi dans l’application étudiée (niveau de puissance de 35 kW).

Enfin, l’étape 5.2.3. et l’étape 5.3. transformer les données de simulation brutes en performances projetées de l’EVDP, conformément au style de spécification, comme indiqué dans le tableau 3. Une bonne précision de contrôle (erreur de 0,09 degré) a été prédite. La durée de vie et la fiabilité de la pompe se sont avérées les plus faibles, et celles-ci sont spécifiées dans le tableau 3. Ensuite, une image complète des performances a été dessinée pour l’EVDP précédemment conçu, ce qui représente un résultat important de cette conception préliminaire.

Les résultats du tableau 4 ont été obtenus après avoir simulé les paramètres de l’étape 5.1.4. La boîte de vitesses a été rejetée dans l’EVDP (rapport de boîte de vitesses de 1) précédemment conçu. Cette simulation a confirmé qu’un rapport de boîte de vitesses personnalisé entre 1 et 3,5 (rapport de boîte de vitesses minimum sur étagère) peut être utile. Le servomoteur a été dimensionné à une valeur optimale une fois qu’un nouveau rapport de boîte de vitesses a été utilisé. Ensuite, une comparaison équitable entre les différents rapports de boîte de vitesses était réalisable. Les résultats ont montré que les rapports 2 et 3 pouvaient obtenir certains avantages de précision et de poids, mais pas à un niveau significatif, il n’est donc pas nécessaire de sélectionner la boîte de vitesses personnalisée, étant donné que ses avantages peuvent ne pas compenser son coût.

Les effets d’incertitude des paramètres de la constante de couple du servomoteur et du moment d’inertie sont affichés dans le tableau 5. L’incertitude de 20 % de ces deux paramètres n’a pas entraîné de variation majeure dans les performances de contrôle de l’EVDP. Cela indique qu’une tolérance de 20 % de ces deux paramètres est acceptable pour les spécifications finales du servomoteur; il s’agit également d’une instruction importante pour les fabricants de composants. L’analyse de l’incertitude devrait également être effectuée sur d’autres paramètres incertains.

En conclusion, les paramètres de conception et les performances EVDP ont été obtenus en exécutant le protocole. En outre, l’analyse de sensibilité et l’analyse de robustesse renforcent encore la confiance et l’applicabilité des résultats de conception. Ceux-ci constituent les résultats de conception préliminaire de l’EVDP. La méthode proposée permet une méthode pratique de conception préliminaire EVDP en développant les modèles d’estimation des paramètres et le modèle de simulation EVDP multi-domaines. La qualité des résultats de conception a été améliorée et le cycle de conception a été raccourci. Ces avantages renforcent les compétences de l’EVDP, en plus de fournir leurs propres avantages techniques.

Figure 1
Figure 1: Le concept EVDP. (A) Les schémas transférant la pompe à cylindrée variable conventionnelle dans la pompe à cylindrée électro-variable. (B) Une illustration de la structure du PVE. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Le processus de conception préliminaire du PEV. L’architecture EVDP et les exigences de conception sont prises en compte, et le dimensionnement au niveau du système et les résultats préliminaires des performances de conception sont les extrants. Le processus se compose de deux étapes principales : la conception de l’optimisation et la vérification par simulation. Les modèles d’estimation des paramètres soutiennent fortement les deux étapes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : L’architecture du modèle de couplage multidisciplinaire de l’EVDP. Ce modèle est utilisé pour la vérification finale de la conception dans la conception préliminaire. Les disciplines sont couplées pour évaluer toutes les exigences générales de conception à un haut niveau de fidélité. Le modèle est développé dans une plateforme de co-simulation utilisant une méthode orientée objet. En particulier, le modèle implique la fonction de génération de paramètres pour relever le défi de l’acquisition de paramètres. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : Contrôleur de l’EVDP. Un contrôleur PID à triple boucle est utilisé pour le contrôle de déplacement EVDP, où la boucle interne est le contrôle du courant du servomoteur, la boucle centrale est le contrôle de la vitesse du servomoteur et la boucle extérieure est le contrôle de déplacement EVDP. L’arbre principal EVDP est entraîné à une vitesse constante. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5: Structure d’échange thermique EVDP de référence pour estimer les paramètres de l’équation (9) basée sur les lois d’échelle. (A) Structure d’échange thermique des deux ports. B) Structure d’échange thermique du volume de drainage. C) Structure d’échange thermique de l’ensemble rotor de la pompe. Les EVDP de différentes tailles se réfèrent tous à ces mêmes structures d’échange thermique. Ensuite, les dimensions liées à l’échange thermique des différentes conceptions EVDP peuvent être calculées en fonction des lois de mise à l’échelle. Les coefficients d’échange thermique peuvent être calculés à l’aide de l’équation (9). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 : Le prototype testé de l’EVDP. Le prototype est construit selon les schémas de la figure 1, avec des paramètres de déplacement de 7,4 mL / tr / min, une vitesse nominale de 7000 tr / min, une pression nominale de 21 MPa, un fil de vis à billes de 1,59 x 10-3 m et un rapport de boîte de vitesses de 2,47. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 : Le banc d’essai de l’EVDP. Les lignes noires sont la partie de chargement du banc d’essai. Les lignes rouges sont la partie de contrôle du banc d’essai. Les lignes bleues sont le prototype EVDP. 1. Moteur d’entraînement, 2. Capteur de pression, 3. Débitmètre, 4. Capteur de pression, 5. Débitmètre, 6. Prototype EVDP, 7. Clapet anti-retour, 8. Clapet anti-retour, 9. Puissance hydraulique auxiliaire, 10. Vanne de mode, 11. Groupe de clapets anti-retour, 12. Soupape de régulation de pression. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8: Résultats expérimentaux et de simulation des réponses d’écoulement EVDP. (A) Les réponses d’écoulement dans différentes conditions d’inclinaison de la plaque tournante à une pression de charge constante de 3,5 MPa. (B) Les réponses d’écoulement dans différentes conditions d’inclinaison et de pression de charge de la plaque tournante. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 9
Figure 9: Résultats expérimentaux et de simulation des caractéristiques de fréquence de la commande d’inclinaison de la plaque tournante. (A) Résultats de la comparaison lorsque le modèle de simulation utilise des paramètres générés automatiquement. (B) La comparaison résulte lorsque le modèle de simulation utilise les paramètres réels du prototype. Les résultats sont obtenus en réglant la commande de fréquence de balayage sur le déplacement EVDP et en transformant les réponses du domaine temporel en réponses de magnitude et de phase. Les réponses d’ampleur et de phase sont utilisées pour illustrer les résultats de la comparaison. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 10
Figure 10 : Processus d’analyse de simulation. Il s’agit d’une sous-étape de l’étape 5 de la figure 2. Différents cycles d’utilisation et l’objet de simulation (un groupe de paramètres actifs) sont définis en premier. Ensuite, le modèle proposé peut être utilisé pour exécuter la simulation. Enfin, les résultats de la simulation sont dérivés des spécifications EVDP. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 11
Figure 11: Résultats de la simulation de la température EVDP. (A) La température du volume du fluide. (B) La température du nœud solide. Les volumes de vidange, de transmission et de servomoteur forment le passage de fuite et entraînent des températures plus élevées. Les deux ports transportent le fluide du dissipateur de chaleur du fluide, de sorte que leurs températures sont beaucoup plus basses. Les constantes thermiques des parties solides internes sont assez grandes en raison de leurs faibles coefficients d’échange thermique, mais elles ne modifient pas beaucoup la température finale de l’EVDP car elles représentent une petite proportion de la masse et des pertes de l’EVDP. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 12
Figure 12: Efficacité et performances dynamiques de l’EVDP. (A) Efficacité de l’EVDP dans un seul cycle d’utilisation. (B) . L’EVDP répond à la commande de fréquence de balayage. L’efficacité diminue avec la diminution de la puissance de sortie. En effet, l’EVDP fonctionne toujours à la vitesse nominale et dissipe ainsi en permanence une quantité d’énergie, mais ce n’est pas un problème pour les performances de l’EVDP car les pertes absolues diminuent avec la puissance de sortie diminue. La plaque tournante EVDP suit bien la commande de fréquence de balayage de 8 à 20 Hz et d’amplitude de 2,5 ° (-0,3 dB, -43 ° comme la plus basse), indiquant que la commande de déplacement EVDP a une bande passante supérieure à 20 Hz. Veuillez cliquer ici pour afficher une version plus grande de cette figure.

Tableau 1 : Paramètres de conception classifiés du PEV. Les paramètres de conception de chaque composant sont classés en catégories actives, pilotées et empiriques. Les paramètres ou spécifications indépendants les plus représentatifs de chaque composant sont les paramètres actifs. Les paramètres qui peuvent être dérivés des paramètres actifs sont les paramètres pilotés. Les autres paramètres qui sont calculés à l’aide de fonctions empiriques sont les paramètres empiriques. Ce tableau 1 est une extension de celui de Han et al.20. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 2 : Résultats de l’estimation des paramètres en fonction des paramètres actifs. v est la vitesse instantanée du fluide. Certains paramètres sont modifiés sous une forme plus illustrative (par exemple, l’efficacité de la vis à billes est modifiée en coefficient visqueux). Ces paramètres sont les résultats préliminaires de la conception et seront distribués aux fabricants de composants sous forme de spécifications. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 3 : Les performances conçues de l’EVDP. Les résultats bruts de la simulation dans le domaine temporel sont dérivés des spécifications EVDP, qui sont le principal résultat de la conception préliminaire EVDP. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 4 : La sensibilité de l’EVDP au rapport de boîte de vitesses personnalisé. 1 est la valeur de conception d’origine, tandis que 2 et 3 sont les valeurs comparées (valeurs personnalisées). Le servomoteur doit être dimensionné à une valeur optimale lors de l’utilisation d’un nouveau rapport de boîte de vitesses afin que la comparaison entre les différents rapports soit équitable, mais un rapport de boîte de vitesses personnalisé s’est avéré inutile car les avantages étaient limités. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 5 : Effets d’incertitude de la constante de couple du servomoteur et du moment d’inertie. Les erreurs de 20% de la constante de couple du servomoteur et du moment d’inertie ne montrent pas d’effets négatifs sur les performances de contrôle EVDP. Cela indique qu’une tolérance de 20 % des paramètres étudiés peut être spécifiée pour les fabricants de composants. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Le concept et d’autres composants techniques de l’EVDP ont été présentés dans des publications précédentes 6,31, démontrant l’applicabilité et les avantages de l’EVDP. Au lieu d’étudier l’EVDP lui-même, cet article a continué à étudier la méthode de conception par rapport aux besoins réels futurs de l’application. Une méthode de conception spécifique est nécessaire pour ce type de produit de couplage hautement intégré et multidisciplinaire, ce qui nécessite des compromis délicats en matière de performances et d’optimisation. Cet article a proposé et illustré un processus complet de modélisation et de simulation EVDP pour la conception préliminaire. Ce processus est parti d’une vision globale et pratique de cette tâche, qui implique une analyse de couplage multi-domaines et des exigences multidisciplinaires. En outre, les difficultés concernant l’acquisition de paramètres de simulation ont été résolues par divers modèles d’estimation de paramètres. En conséquence, la méthode facilite une conception préliminaire efficace et optimale de l’EVDP. Il convient de noter que la simulation était l’étape finale de la vérification de la conception préliminaire de l’EVDP. Le processus visait à vérifier les performances EVDP conçues à partir de l’optimisation précédente (étapes 3 et 4 de la figure 2) avec un haut niveau de fidélité. C’est-à-dire que la performance EVDP (par exemple, la performance de contrôle et le poids) avait déjà été optimisée avant que le processus de simulation dans ce document ne soit mené.

L’analyse des paramètres de conception (étape 1) dépend de l’expertise du concepteur. Un bon niveau de connaissances est requis pour relier la performance du composant à la performance EVDP. Les catalogues de composants peuvent aider à apprendre la philosophie des composants, mais le concepteur est toujours responsable d’être familier avec l’EVDP. Ensuite, il est possible d’acquérir des résultats d’analyse de paramètres satisfaisants.

L’estimation des paramètres (étape 2) a été utilisée non seulement pour soutenir la simulation, mais aussi pour formuler les spécifications des composants pour les fabricants de composants. Les paramètres de chaque composant seront distribués aux fabricants de composants pour spécifier les exigences des composants. Il convient de noter que les paramètres sont toujours accompagnés de tolérances, qui peuvent être définies à l’aide de l’analyse d’incertitude. Les modèles d’estimation des paramètres doivent être développés en fonction des caractéristiques respectives des composants. Tout d’abord, les composants doivent être classés en groupes personnalisés et en groupes prêts à l’emploi, qui utilisent respectivement des modèles de calcul et des bases de données pour l’estimation. Deuxièmement, les principes fondamentaux doivent être analysés pour choisir chaque paramètre (par exemple, similitude géométrique, performance des matériaux, etc.). Ensuite, un modèle d’estimation approprié peut être choisi et développé.

Les caractéristiques de puissance, de contrôle et thermiques de l’EVDP ont été principalement gérées pour atteindre les fonctions et les performances souhaitées pour alimenter l’EHA à déplacement variable. Par conséquent, le modèle dynamique (étape 3.2.) et le modèle thermique (étape 3.3.) répondent aux besoins de simulation de base. Ils ont été développés de manière couplée (c’est-à-dire qu’un modèle commun a été construit pour impliquer les caractéristiques dynamiques et thermiques en même temps). En outre, la modélisation orientée objet est préférable en raison de son architecture claire et de sa bonne réutilisabilité, mais des efforts supplémentaires sont nécessaires pour se conformer à la causalité. La modélisation au niveau de l’architecture et de l’équation est nécessaire car l’environnement de simulation peut changer en fonction de différents besoins. Cet article illustre plus loin que l’environnement de simulation, afin qu’il puisse être adapté à un logiciel spécifique. La validation du modèle par le prototypage et les expériences (étape 4) est bénéfique pour construire des modèles de simulation plus fiables, en particulier lorsque l’objet de modélisation est un produit nouvellement proposé, mais, comme précisé à l’étape 4, les modèles sont considérés comme applicables pour simuler le même type d’EVDP à l’avenir une fois qu’ils ont été validés.

La simulation EVDP dans ce document a été principalement utilisée pour évaluer et analyser l’option de conception préliminaire. La simulation doit être effectuée de manière à recueillir tous les résultats de conception à ce stade. Le cycle d’utilisation et l’environnement devraient être définis en tenant compte de différents objectifs d’évaluation. En plus de la simulation de performance, la sensibilité des paramètres et les incertitudes doivent également être prises en compte. Ainsi, des instructions complètes pour les tâches de conception suivantes peuvent être décrites. Dans cet article, la température de fluide la plus élevée détectée était de 175 ° C, ce qui soutient la conception thermique pour contrôler la température du fluide. Avec d’autres résultats, une image complète a été dessinée pour la conception EVDP au niveau du système. L’analyse de sensibilité a agi comme une double vérification de la sélection des paramètres dans l’option de conception précédente, tandis que l’analyse d’incertitude a principalement contribué à définir la tolérance de conception. Une analyse plus approfondie de la sensibilité et de l’incertitude est justifiée pour confirmer les résultats de conception préliminaire des paramètres. En conclusion, la méthode de modélisation et de simulation evDP proposée tient compte des besoins pratiques de la conception préliminaire de l’EVDP, qui ont été partiellement négligés dans des recherches pertinentes antérieures (c.-à-d. impliquant toutes les exigences générales et tenant compte de la robustesse de la conception). Ainsi, il peut fournir des résultats de conception complets et soutenir efficacement la conception préliminaire future de l’EVDP. En outre, il peut également être adapté pour la conception d’autres produits similaires.

Le cas de simulation dans cet article est un exemple de conception d’un EVDP pour le futur EHA à déplacement variable de 35 kW. Il montre le potentiel de l’EVDP dans les applications EHA haute puissance, mais cette application n’a pas encore démarré. Les résultats de la simulation sont considérés comme fiables en raison de la validation du modèle basée sur un prototype EVDP réduit à l’étape 4. La précision des modèles d’estimation des paramètres affecte considérablement la qualité de la conception car ils affectent à la fois l’évaluation des performances et les spécifications des composants. Les méta-modèles de loi de puissance variable (VPLM)34 peuvent être pris en compte pour mettre à jour les modèles d’estimation des paramètres dans cet article, mais les VPLM nécessitent une grande quantité de conception expérimentale, ce qui nécessite beaucoup plus de temps de préparation de la modélisation.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Les auteurs remercient l’Institut de mécatronique et de contrôle de précision de Beijing pour son soutien à cette recherche.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ball screw NSK PSS
EVDP prototype Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls customized 7.4 mL/rev, 7000 rpm, 21 Mpa
EVDP testrig Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls customized Refer to Figure 7, can be adapted upon individual needs. Including Power PMAC controller, ELMO Whistle Driver, etc.
Gearhead Maxon GP
Matlab Mathworks R2020a
Permannet magnet synchronous motor Maxon 393023
Piston pump Bosch Rexroth A10VZO
Simcenter Amesim Siemens 2021.1 system simulation platform

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Ingénierie Numéro 184 Pompe à déplacement électro-variable modélisation et simulation conception préliminaire actionneur électro-hydrostatique modèle thermique modèle de durée de vie et de fiabilité génération de paramètres de simulation
Une méthode de modélisation et de simulation pour la conception préliminaire d’une pompe volumétrique électrovariante
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Han, X., Zhang, P., Minav, T., Fu,… More

Han, X., Zhang, P., Minav, T., Fu, Y., Fu, J. A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump. J. Vis. Exp. (184), e63593, doi:10.3791/63593 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter