Name: a modeling and simulation method for preliminary design of an electro-variable displacement pump
Uploaded: 2022-06-01T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump at JoVE.com

Yazarlar, Pekin Hassas Mekatronik ve Kontrol Enstitüsü'nü bu araştırmayı desteklediği için kabul ediyor.

NOT: Matlab ve Simcenter Amesim (bundan böyle sistem simülasyon platformu olarak anılacaktır) bu protokolde kullanılmıştır ve Malzeme Tablosunda listelenmiştir. Ancak önerilen protokol bu iki yazılım uygulamasında uygulama ile sınırlı değildir.
1. EVDP tasarım parametrelerinin seçilmesi ve sınıflandırılması (Şekil 2'deki Adım 1).
<ol><li>Şekil 1'deki EVDP'...

<ol>
	<li>Ketelsen, S., Padovani, D., Andersen, T. O., Ebbesen, M. K., Schmidt, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classification+and+review+of+pump-controlled+differential+cylinder+drives.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+electro+hydrostatic+actuator+for+flight+control.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-fault+tolerant+electric+actuation+systems+for+space+applications.">Two-fault tolerant electric actuation systems for space applications.</a> 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference &amp; Exhibit. , (2006).</li><li>Smith, S., Irving, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro+hydrostatic+actuators+for+control+of+undersea+vehicles.">Electro hydrostatic actuators for control of undersea vehicles.</a> Joint Undersea Warfare Technology Fall Conference. , (2006).</li><li>Gao, B., Fu, Y., Pei, Z., Ma, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Research+on+dual-variable+integrated+electro-hydrostatic+actuator.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+dynamic+performance+analysis+of+a+novel+integrated+electro+mechanical+hydrostatic+actuator.">Control dynamic performance analysis of a novel integrated electro mechanical hydrostatic actuator.</a> The Proceedings of the 2018 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2018). APISAT 2018. Lecture Notes in Electrical Engineering. 459, 2563-2573 (2018).</li><li>Liu, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The researches of state space modeling method and dynamic properties for double variable electro-hydraulic servo control system. , (2015).</li><li>Jean-Charles, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Best+practices+for+model-based+and+simulation-aided+engineering+of+power+transmission+and+motion+control+systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simulation-based+multiobjective+optimization+design+method+for+pump-driven+electro-hydrostatic+actuators.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+as+a+support+for+selection+and+design+of+aircraft+actuation+systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+and+simulation+of+heat+generation+in+electro-hydrostatic+actuation+systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+preliminary+design+of+electromechanical+actuators.">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>Liscou&#235;t, J., Budinger, M., Mare, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+for+reliability+of+electromechanical+actuators.">Design for reliability of electromechanical actuators.</a> 5th International Conference on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components. , 174-182 (2010).</li><li>Arriola, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model-based+method+to+assist+the+architecture+selection+and+preliminary+design+of+flight+control+electro-mechanical+actuators.">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. , 166-174 (2016).</li><li>Baer, K., Ericson, L., Krus, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Framework+for+simulation-based+simultaneous+system+optimization+for+a+series+hydraulic+hybrid+vehicle.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-objective+optimal+design+of+electro-hydrostatic+actuator+driving+motors+for+low+temperature+rise+and+high+power+weight+ratio.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiobjective+and+multiphysics+design+optimization+of+a+switched+reluctance+motor+for+electric+vehicle+applications.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Holistic+electrical+machine+optimization+for+system+integration.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidomain+optimization+of+high-power-density+PM+electrical+machines+for+system+architecture+selection.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidisciplinary+model+for+preliminary+design+of+electro-mechanical+servo+pump.">Multidisciplinary model for preliminary design of electro-mechanical servo pump.</a> Scandinavian International Conference on Fluid Power. , 362-374 (2019).</li><li>Liscou&#235;t, J., Budinger, M., Mar&#233;, J. C., Orieux, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+approach+for+the+simulation-based+preliminary+design+of+power+transmissions.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling-laws+based+hydraulic+pumps+parameter+estimation.">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., Mar&#233;, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+models+for+the+preliminary+design+of+electromechanical+actuators.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applicability+of+pump+models+for+varying+operational+conditions.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Heat and Mass Transfer. , (2011).</li><li>Whitaker, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calculation+method+for+thermal-hydraulic+system+simulation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal-hydraulic+modeling+and+simulation+of+piston+pump.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+and+simulation+of+heat+generation+in+electro-hydrostatic+actuation+systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitigation+of+fatigue+damage+and+vibration+severity+of+electric+drivetrains+by+systematic+selection+of+motion+profiles.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+system+design+for+a+novel+aerospace+electrically+actuator.">Measurement system design for a novel aerospace electrically actuator.</a> Proceedings of 2021 Chinese Intelligent Systems Conference. , 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reusable+surrogate+models+for+the+preliminary+design+of+aircraft+application+systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+performance+evaluation+for+electro-mechanical+actuators+considering+parameter+uncertainties.">Virtual performance evaluation for electro-mechanical actuators considering parameter uncertainties.</a> 6th International Conference on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components. 2014, 136-142 (2014).</li><li>Sanchez, F., Budinger, M., Hazyuk, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dimensional+analysis+and+surrogate+models+for+the+thermal+modeling+of+multiphysics+systems.">Dimensional analysis and surrogate models for the thermal modeling of multiphysics systems.</a> Applied Thermal Engineering. 110, 758-771 (2017).</li></ol>

EVDP'nin kavramı ve diğer teknik bileşenleri, EVDP'nin uygulanabilirliğini ve avantajlarını gösteren önceki yayınlarda 6,31 olarak sunulmuştur. EVDP'nin kendisini incelemek yerine, bu makale gelecekteki gerçek uygulama ihtiyaçları ile ilgili tasarım yöntemini incelemeye devam etti. Hassas performans ödünleşimleri ve optimizasyonu gerektiren bu tür yüksek derecede entegre ve çok disiplinli bağlantı ürünü için özel bir tasarım yöntemi ...

Elektro-hidrostatik aktüatörler (EHA'lar), hem elektrikli aktüatörlerin hem de hidrolik aktüatörlerin avantajlarının birleşimi nedeniyle endüstriyel presler, büyük mobil makineler, vinç manipülatörleri ve birincil uçak kontrolü gibi uygulamalar için artan ilgi görmektedir1. İki temel EHA türü tanımlanabilir: değişken hızlı EHA'lar ve değişken deplasmanlı EHA'lar2. Şu anda, değişken hızlı EHA, daha yüksek verimliliği ve basitliği nedeniyle değişken deplasmanlı EHA'dan daha popülerdir. Bununla birlikte, ağır fırlatma araçları3 ve denizaltılar4 gibi ağır vasıtalarda ihtiyaç duyulan EHA'nın daha yüksek güç seviyesi ile birlikte, değişken hızlı EHA'nın tahrik motoru ve ilgili elektronikleri düşük dinamikler, yüksek termal dağılım, yüksek fiyat vb. İle ilgili sorunlara sahiptir. Bu nedenle, değişken deplasmanlı EHA, bu yüksek güçlü uygulamalar (>30 kW) için yeniden değerlendirilmektedir, çünkü kontrolü pompa değişimini düzenleyen düşük güçlü bir cihaz aracılığıyla gerçekleştirilmektedir.
Değişken deplasmanlı EHA'nın öncelik olarak alınmasını önleyen en büyük endişelerden biri, kendisi de tam bir valf kontrollü hidrolik sistem olan hantal pompa yer değiştirme kontrol ünitesidir. Elektro-değişken deplasmanlı pompa (EVDP), kompakt bir elektrikli deplasman kontrol ünitesi kullanarak bu sorunu çözmek için önerilmiştir. Bu tasarım, önceki zayıflığı belirli bir dereceye kadar çözen değişken deplasmanlı EHA'nın kompaktlığını, verimliliğini vb. Geliştirir. Bu nedenle, yüksek güçlü uygulamalar için değişken deplasmanlı EHA'ların kullanımı, yeni önerilen EVDP kullanılarak kolaylaştırılabilir. Bununla birlikte, EVDP'nin karmaşıklığı, çeşitli yeni disiplinlerden bileşenleri entegre ettiği için geleneksel hidrolik olarak kontrol edilen değişken deplasmanlı pompaya kıyasla önemli ölçüde daha fazladır. Sonuç olarak, EVDP'ye dayalı spesifik araştırma faaliyetleri ortaya çıkmıştır. Araştırma grubumuz EVDP araştırma5'i başlattı ve geliştirmeye devam etti6. Liu, EHA uygulamaları için EVDP'yi geliştirdi ve deneysel testlergerçekleştirdi 7. Bazı hidrolik şirketleri de EVDP ürünleri sunmaktadır. EVDP'nin teknik bileşenleri ile ilgili araştırmalara ek olarak, gerçek başvuru gereksinimlerine cevap vermek için tasarım yöntemi, EVDP'leri kullanma maliyetini daha da azaltarak ve performans potansiyellerini keşfederek EVDP'nin yeterliliğini artırmak için de önemlidir. Bu nedenle, birleştirilmiş disiplinlerini analiz ederek sistem düzeyindeki performansındaki ödünleşimleri optimize etmek için belirli bir EVDP ön tasarım yöntemi gereklidir. Simülasyon tabanlı ön tasarım, mekatronik ürünlerin bu tip multidisipliner kuplajları için ilgi çekicidir8.
Yeni önerilen bir konsept olması nedeniyle EVDP ön tasarımı için belirli bir simülasyon modeli önerilmemiş olsa da, ilgili mekatronik ürünlere çok fazla araştırma yapılmıştır. Ön tasarım9'daki ağırlığı, verimliliği ve kontrol performansını optimize etmek için dinamik bir EHA modeli oluşturulmuştur, ancak ön tasarımda dikkate alınması gereken temel performans endeksleri olan kullanım ömrü, güvenilirlik, termal özellikler vb. Dahil edilmemiştir. Maliyet, verimlilik ve kontrol performansı10'u optimize etmek için başka bir dinamik EHA modeli de kullanılmış ve daha sonra optimize edilmiş EHA11'in termal özelliklerini değerlendirmek için bir termal model geliştirilmiştir, ancak güvenilirlik ve kullanım ömrü dikkate alınmamıştır. Kapsamlı bir elektro-mekanik aktüatör (EMA) ön tasarım yöntemi sunulmuştur12. Bu yöntem için farklı özellikleri analiz edebilen farklı fonksiyonlara sahip özel modeller önerilmiş, güvenilirlik ve ömür boyu modeller de geliştirilmiştir13. Mekanik dayanım, güç kapasitesi, termal performans vb. burada değerlendirilebilir, ancak kontrol performansı söz konusu değildir. Başka bir EMA ön tasarım yöntemi, dinamik bir EMA modeli ve ilgili bileşen boyutlandırma modellerikullandı 14. Maliyet, ağırlık, yorulma ömrü, güç kapasitesi, fiziksel kısıtlamalar vb. simülasyon analizine dahil edildi, ancak güvenilirlik ve kontrol performansı dahil edilmedi. Hidrolik hibrit aktarma organı15'in optimizasyon tasarımı için dinamik bir model önerildi. Güç kapasitesi, verimlilik, kontrol vb. simüle edilebilir, ancak güvenilirlik ve yaşam dikkate alınmadı. EHA tabanlı bir uçuş kontrol çalıştırma sistemini analiz etmek için basit güç iletim denklemlerinin ve ağırlık fonksiyonlarının kullanıldığı modeller önerilmiştir16. Modellerin araç seviyesi ve görev seviyesi analizleri için kullanıldığı göz önüne alındığında, modellerin sınırlı nitelik kapsamı uygundu. EHA'nın önemli bir bileşeni olarak, servo motorlar modelleme ve tasarım konusunda ayrı dikkat çekmiştir ve sonuçlar EHA model geliştirme için de öğreticidir. Termal ağlar, ağırlık modelleri vb. EHA modellemesi17,18,19 için de düşünülebilir. Gözden geçirilen literatür, EVDP ile ilgili ürünlerden elde edilen sonuçlar göz önüne alındığında bile, geliştirilen modellerin ön tasarım için ürünlerin tüm etkili performans özelliklerini analiz etmediğini göstermektedir. Kontrol performansı, termal performans, güvenilirlik ve kullanım ömrü, modellerin yapımında en çok ihmal edilen özelliklerdir. Bu nedenle, bu makale EVDP ön tasarımı için en etkili performans özelliklerini analiz edebilen bir model paketi önermektedir. Model fonksiyonlarını daha iyi göstermek için simülasyon analizi de sunulmaktadır. Bu makale, parametre oluşturmayı geliştirdiği, yaşam boyu modeli, güvenilirlik modelini ve kontrol modelini içerdiği, hesaplama maliyetini optimize ettiği, modeli doğruladığı ve derinlemesine simülasyon analizi yaptığı için önceki bir yayın20'nin bir uzantısıdır.
Değişken deplasmanlı pistonlu bir pompanın geleneksel hidrolik kontrol ünitesi, Şekil 1'de gösterildiği gibi kompaktlığı artırmak ve ısı dağılımını azaltmak için elektrikli bir aktüatör ile değiştirilir. Elektrikli aktüatör bir vidalı mil, bir dişli kutusu ve bir sabit mıknatıslı senkron motordan (PMSM) oluşur. Elektrikli aktüatör, pompa yer değiştirmesini düzenlemek için eğik plakayı bir çubuk üzerinden bağlar. EHA'larda uygulandığında, EVDP eğik plaka dönme konumu, PMSM'yi modüle ederek kapalı döngü olarak kontrol edilir. Elektrikli aktüatör, entegre bir bileşen oluşturmak için karşılıklı bir durumda pistonlu pompa ile entegre edilmiştir. Bu tasarım, elektrikli aktüatörü çalışma sıvısına batırır ve böylece çok alanlı bağlantı etkilerini güçlendirir.
EVDP tipik bir çok alanlı mekatronik ürün olduğundan, ön tasarımı, sistem düzeyindeki performansında ödünleşimleri optimize etmede ve bileşen tasarım gereksinimlerini özetlemede önemli bir rol oynamaktadır. Süreç, simülasyon tabanlı tasarım şeması10,12'ye dayanarak Şekil 2'de gösterilmiştir. Adım 1, öncelikle Şekil 1'de olduğu gibi seçilen EVDP mimarisini analiz eder ve belirtilen performans gereksinimlerine göre tasarım parametrelerini sonuçlandırır. Daha sonra, tasarım görevi genellikle EVDP'nin performans optimizasyonunu keşfetmek için bir optimizasyon problemine dönüştürülür. Bu, tasarım parametrelerini optimizasyon değişkenlerine dönüştürerek ve performans gereksinimlerini hedeflere ve kısıtlamalara dönüştürerek gerçekleştirilir. Tasarım parametrelerinin aktif, güdümlü ve ampirik kategorilere ayrılması gerektiğine dikkat etmek önemlidir. Yalnızca etkin parametreler, bağımsızlık özellikleri nedeniyle optimizasyon değişkenleri olarak kullanılır. Diğer iki kategori, etkin parametrelerden yapılan tahminlerle otomatik olarak oluşturulur. Bu nedenle, Adım 2, güdümlü ve ampirik parametrelerin tahmin modellerini geliştirir. Bu tahmin araçları, optimizasyonun her yinelemesinde ve gerekli tüm simülasyon parametrelerini formüle etmek için Adım 5'te kullanılır. Adım 3, gerekli performansı yansıtan her optimizasyon hedefi veya kısıtlaması için hesaplama modelleri oluşturur. Bu modeller hesaplama açısından verimli olmalıdır; aksi takdirde, optimizasyon hesaplama maliyeti kabul edilemez. Adım 4, genellikle çok amaçlı ve çok disiplinli olan optimizasyon hesaplamasını gerçekleştirir. Ayrıca ön tasarım aşamasındaki parametre belirsizlikleri ile de ilgilenir. Adım 5, tasarlanan EVDP'nin genel bir modelini oluşturur ve EVDP'yi tipik görev döngüleri altında simüle ederek optimizasyon sonuçlarını doğrulamak için kullanır. Bu model, ön tasarım sonuçlarını değerlendirmek için nihai bir araçtır. Bu nedenle, bu model en yüksek sadakate sahip olmalı ve tüm etkili özellikleri sıkı bir bağlantı tarzında içermelidir. Son olarak, ön tasarım performans sonuçları ve sistem düzeyinde boyutlandırma sonuçları elde edilir.
Bu makale, Adım 1'deki parametre analizinin yapılmasını ve Adım 2 ve 5'in tamamlanmasını içeren EVDP'nin sistem modelleme ve simülasyon yöntemine odaklanmaktadır. İlk olarak, tasarım parametreleri EVDP mimarisine ve tasarım gereksinimlerine göre türetilir ve üç alt kategoriye ayrılır. İkincisi, aktif olmayan parametreler için tahmin modelleri, ölçekleme yasalarına, bileşen kataloglarına, ampirik fonksiyonlara vb. Dayanarak geliştirilmiştir. Üçüncü olarak, EVDP'nin genel modeli, multidisipliner bağlantı denklemleri ve ek ömür ve güvenilirlik alt modelleri kullanılarak oluşturulmuştur ve model deneylerle kısmen doğrulanmıştır. Son olarak, önceki boyutlandırma sonuçları, tipik görev döngüleri altında simülasyon analizi gerçekleştirmek için oluşturulmuş modele aktarılır. Sistem seviyesindeki performans, simülasyon sonuçlarına dayanarak çıkarılır. Parametre hassasiyeti ve tasarımın sağlamlığı da değerlendirilir. Sonuç olarak, bu makale EVDP ön tasarımı için özel bir modelleme ve simülasyon yöntemi geliştirmektedir. EVDP'nin EHA'daki uygulama performansı kapsamlı bir şekilde tahmin edilmektedir. Önerilen yöntem, yüksek güçlü uygulamalar için EVDP'ler ve değişken deplasmanlı EHA'lar geliştirmek için pratik bir araç olarak durmaktadır. Yöntem, diğer mekatronik ürün türleri için simülasyon araçları geliştirmek için de kullanılabilir. Bu makaledeki EVDP, elektro-mekanik olarak kontrol edilen değişken deplasmanlı pompaya atıfta bulunmaktadır, ancak elektro-hidrolik olarak kontrol edilen değişken deplasmanlı pompa bu makalenin kapsamı dışındadır.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ball screw</td>
			<td>NSK</td>
			<td>PSS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EVDP prototype</td>
			<td>Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls</td>
			<td>customized</td>
			<td>7.4 mL/rev, 7000 rpm, 21 Mpa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EVDP testrig</td>
			<td>Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls</td>
			<td>customized</td>
			<td>Refer to Figure 7, can be adapted upon individual needs. Including Power PMAC controller, ELMO Whistle Driver, etc.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gearhead</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>GP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>R2020a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Permannet magnet synchronous motor</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>393023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Piston pump</td>
			<td>Bosch Rexroth</td>
			<td>A10VZO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Simcenter Amesim</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>2021.1</td>
			<td>system simulation platform</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a modeling and simulation method for preliminary design of an electro-variable displacement pump

Elektro-hidrostatik aktüatörler (EHA'lar) akademide önemli ölçüde araştırılmıştır ve çeşitli endüstriyel alanlardaki uygulamaları genişlemektedir. Değişken hızlı EHA artık değişken deplasmanlı EHA'ya göre öncelik kazanmıştır, ancak tahrik motoru ve ilgili elektronikleri yüksek güçlü uygulamalarda uygulandığında sorunlarla karşılaşmaktadır: düşük dinamikler, yüksek termal dağılım, yüksek fiyat, vb. Bu nedenle, elektro-değişken deplasmanlı pompa (EVDP) ile donatılmış değişken deplasmanlı bir EHA düşünülmüştür. EVDP'nin kendisi, bir pistonlu pompayı, bir vidalı milleri, bir dişli kutusunu ve bir sabit mıknatıslı senkron motoru (PMSM) entegre eden mekatronik bir sistemdir. Sonuç olarak, EVDP'nin bir EHA'da uygulandığında sistem düzeyinde performansını sağlamak için araştırılması gerekir. EVDP'nin teknik parametreleri üzerine yapılan önceki araştırmalara ek olarak, EVDP'yi kullanma maliyetini daha da azaltmak ve performans potansiyelini keşfetmek için özel bir tasarım yöntemi gereklidir. Burada, 37 kW'lık bir EVDP tasarlamak için simülasyon tabanlı bir EVDP ön tasarım yöntemi seçilmiştir. İlk olarak, EVDP'nin daha önce önerilen multidisipliner bir modeli, EVDP ömrü, güvenilirliği, kontrol modelleri vb. dahil olmak üzere parametre üretimini geliştirerek genişletilir. İkincisi, önerilen model küçültülmüş bir prototip kullanılarak kısmen doğrulanır. Üçüncü olarak, EVDP, önerilen model tarafından desteklenen bir sistem düzeyinde simüle edilir. EVDP performansı, belirtilen tasarım gereksinimlerine göre değerlendirilir. Sıcaklık, bant genişliği ve doğruluk, güvenilirlik ve kullanım ömrü vb. EVDP için tahmin edilmektedir. Simülasyon sonuçları, EVDP'nin değişken deplasmanlı EHA'da uygulanabilirliğini göstermektedir. Önerilen modelleme ve simülasyon yöntemi, çeşitli EVDP performansını değerlendirmek ve genel tasarım gereksinimlerine cevap vermek için kullanılabilir. Yöntem aynı zamanda ön tasarım zorluklarının sınırlı bilgi ve sağlamlık açısından çözülmesini de destekleyebilir. Bu nedenle önerilen yöntem, simülasyon tabanlı EVDP ön tasarım yönteminin gerçekleştirilmesi için uygundur.

Bu bölümde, Adım 1'in bir parçasını oluşturan tüm protokol adımlarının, Adım 2'nin tamamının ve EVDP ön tasarım yönteminin Adım 5'inin tümünün gerçekleştirilmesinden elde edilen sonuçlar Şekil 2'de sunulmaktadır. Protokoldeki giriş bilgileri, Şekil 1'deki EVDP şemalarını, Şekil 2'nin 4. Adımındaki EVDP'nin optimize edilmiş aktif parametrelerini (Adım 5.1.1'de açıklığa kavuşturulmuştur.) ve EVDP tasarım gereklilikleriyle...

Watch this Scientific Journal Video about A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump at JoVE.com

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

Özellikle bir elektro-değişken deplasmanlı pompanın (EVDP) ön tasarımını destekleyen bir simülasyon modeli geliştirilmiş ve deneylerle kısmen doğrulanmıştır. Kontrol performansı, ömrü, güvenilirliği vb., EVDP ön tasarım görevi kapsamındaki ana performans gereksinimlerini kapsayan önerilen model kullanılarak değerlendirilebilir.

Elektro-Değişken Deplasmanlı Pompanın Ön Tasarımı için Bir Modelleme ve Simülasyon Yöntemi

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

Elektro hidrostatik aktivatörler, ağır hizmet sistemlerinin elektrifikasyonunu destekler. Daha az enerji tüketimi elde etmek için yöntemimiz, sistemlerin optimizasyonu, elektro değişken deplasmanlı pompa kullanımına odaklanmaktadır. Modellememiz ve simülasyon yöntemimiz ön tasarımı desteklemektedir.Tam performans tahmini, otomatik parametre üretimi ve tasarım sağlamlığı seçmesi gereken elektro değişken deplasmanlı pompamız. Elektro değişken deplasmanlı pompayı veya EVDP'yi tasarlamak için parametreleri sınıflandırarak başlayın. Her bileşeni etkin kategoriye temsil eden bağımsız parametreleri ve etkin parametrelerden türetilen parametreleri sürülen kategoriye atayın.Ardından, ampirik fonksiyonları kullanarak hesaplanan parametreleri ampirik kategoriye atayın. Tahmin modellerini geliştirmek için, ölçekleme yasalarını kullanarak aktif parametrelerden pompa ve motor tahrikli parametreleri tahmin edin. Aktif parametrelerden dişli kutusu ve vidalı mil için tahrik edilen parametreleri tahmin etmek için bileşen kataloglarını kullanın.Pompayı, dişli kutusunu ve vidalı mil verimliliğini ampirik fonksiyonlara göre değerlendirin ve termodinamik teoriden ampirik fonksiyonlar ile geliştirilen termal ağ modeli için termal dirençleri tahmin edin. Her bir bileşenin ağırlıklarını toplayarak ve ardından EVDP'nin sistem simülasyon platformunda dinamik topaklanmış parametre modellemesini gerçekleştirerek EVDP'nin ağırlık modelini MATLAB'da oluşturun. Daha sonra, EVDP için bir termal ağ ayarlayarak sistem simülasyon platformunda EVDP'nin termal modellemesini yapın.Kullanım ömrü ve güvenilirlik modellemesi için, bilyenin yorulma ömrünü ve pistonlu pompa ünitesinin aşınma ömrünü kullanım ömrü olarak kullanın. Bilyalı vidalı ve pistonlu pompa ünitesinin ömrünü denklemlerle modelleyin. Vidalı milin ve kullanım ömrüne karşılık gelen pompanın güvenilirliğinin 0,90 olduğunu varsayalım ve güvenilirliği 50.000. çalışma saatinde hesaplandığı şekilde tanımlayın.Daha sonra bilyalı vidalı ve pistonlu pompa ünitesi güvenilirliğini denklemle modelleyin. Her düğüm için model bloğu oluşturmak üzere her düğümün tüm denklemlerini bir araya getirerek modeli birleştirmeye devam edin. Ardından her düğümün giriş ve çıkış değişkenlerini sonuçlandırın.Genel EVDP modelinin giriş ve çıkışlarını tanımlayın ve tüm düğümlerin nedensellik analizini gerçekleştirin. Gerektiğinde, tüm düğümlerin nedensel olarak bağlandığından emin olmak için ek düğümler ekleyin. Ardından, EVDP'nin genel modelini oluşturmak için tüm düğümleri bağlayın.EVDP modeli oluşturulduktan sonra, EVDP prototipini ve test donanımını kullanarak modelleme yöntemini doğrulayın. Bunu yapmak için, EVDP'yi bir yükleme parçası ve bir kontrol parçasından oluşan bir test donanımına kurun. Ardından üç EVDP portunu yükleme parçasının hidrolik devresine ve EVDP elektrik kablolarını kontrol kısmına bağlayın.Paneldeki başlat düğmesine basarak ve yardımcı hidrolik gücü çalıştırarak prototip testini gerçekleştirin. Panel üzerindeki düğmeyle mod valfini devre dışı bıraktıktan sonra, kullanıcı arayüzünün metin kutusundaki süpürme frekansı yer değiştirme komutunu EVDP'ye ayarlayın. EVDP yer değiştirme yanıtını kaydedin ve büyüklüğünü ve faz özelliklerini türetin.Deneysel sonuçları analiz etmek için EVDP prototipinin aktif parametrelerini daha önce inşa edilen modele ayarlayın. Model, gerekli diğer simülasyon parametrelerini otomatik olarak oluşturacaktır. Ortam sıcaklığını ve ilk EVDP sıcaklığını 40 santigrat dereceye ayarlayın ve simülasyon sonuçlarını kaydetmek için simülasyon modelini EVDP prototip testi ile aynı koşullar altında çalıştırın.Modelin doğruluğunu kontrol etmek için, her koşul grubunun deneysel ve simülasyon sonuçlarını tek bir şekilde çizin. EVDP tasarımının simülasyon analizini gerçekleştirmek için, parametre modu sekmesine tıklayıp TFFD31 seçeneğini belirleyerek dinamik ve termal modelleri ayarlayın. Ardından, yağ özellik dosyasını içe aktarmak için basit akışkan karakteristik verileri sekmesinin dosya adına gidin.Parametre modu altında THGCV01 veya THGCV02 bloklarını kullanın. Ortam sıcaklığını makalede açıklandığı gibi ayarlamak için aktif parametreleri parametre tahmin modellerine girin. Ardından, tüm simülasyon parametrelerini oluşturmak üzere komut dosyasını çalıştırmak için düzenleyici sekmesinin altındaki çalıştır düğmesine tıklayın.MATLAB'da, ağırlığı hesaplamak ve dinamik ve termal modelleri simülasyon parametreleriyle etkinleştirmek için komut dosyasını çalıştırmak üzere düzenleyici sekmesinin altındaki çalıştır düğmesini kullanın. Simülasyon sonuçları komut dosyası tarafından otomatik olarak elde edilecektir. Düzenleyici sekmesinin altındaki çalıştır düğmesiyle, kaydedilen simülasyon sonuçlarından EVDP ömrünü ve güvenilirlik performansını hesaplamak için komut dosyasını çalıştırın.Sonuçları kontrol etmek için sistem simülasyon platformundaki simülasyon moduna gidin. Ardından, bu zaman alanı simülasyon sonuçlarından diğer EVDP performans sonuçlarını türetin. Simülasyon parametrelerini ayarlamak için parametre modunu kontrol edin.Ardından, dinamik ve termal modelleri etkinleştirmek üzere komut dosyasını çalıştırmak için düzenleyici sekmesinin altındaki çalıştır düğmesini kullanın. Daha sonra, hassasiyet ve belirsizlik analizlerini kontrol etmek için simülasyon modu sekmesine basın. Farklı EDVP parçalarının sıcaklık dinamikleri burada gösterilmiştir.Temsili analiz, EVDP'nin tam bir görev döngüsü altındaki verimliliğini göstermektedir. Tam yük koşulu altında, EVDP yaklaşık% 80'lik bir toplam verimlilik elde ettiDaha sonra, EVDP'nin mutlak kayıpları, verimlilik düşüşü ile birlikte düştü. Süpürme frekansı tepkisi EVDP dinamik performansını inceledi.EVDP'nin öngörülen performansında, 0,09 derecelik bir hata ile iyi bir kontrol doğruluğu tahmin edilirken, pompa ömrü ve güvenilirliğinin en zayıf olduğu bulunmuştur. Önerilen modelleri oluşturduktan sonra, tam ön tasarım yöntemi geliştirilebilir. Yöntem, elektro değişken deplasmanlı pompanın ve ilgili elektro hidrostatik aktivatörlerin uygulanabilirliğini artırabilir.Bu yöntem, parametre kesinliği ve multidisipliner simülasyonlar gibi tasarım aşamasının ortak zorluklarını çözdü. Bu, elektro hidrostatik aktivatörler için pompanın daha güvenilir, ön tasarımına yol açar.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Virtual Work

SCIENTISTS IN ACTION

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

THz metamalzeme Emiciler Simülasyon, Üretimi ve Karakterizasyonu

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

Metan Emisyonları Niceleme Tasarım ve Tam Debi Örnekleme Sistemi (FFS) Kullanımı

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Sifon kırıcı deney ve simülasyon incelenmesi için bir araştırma reaktörü

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

The Modular Design and Production of an Intelligent Robot Based on a Closed-Loop Control Strategy

Modüler tasarımı ve üretimi kapalı döngü denetimi stratejisi üzerinde dayalı bir akıllı robot

Intelligent robots are part of a new generation of robots that are able to sense the surrounding environment, plan their own actions and eventually reach ...

Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

Tasarım ve üretim bir optik fiber su

In this report, an optical fiber of which the core is made solely of water, while the cladding is air, is designed and manufactured. In contrast with ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

Manyetik Ölçek ve İki Fiber Bragg Gratings Birleştirerek Rastgele Yer Değiştirme Ölçümü

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

100 KW sınıf uygulanan alan Magnetoplasmadynamic pervane

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

Yapısal tasarım ve üretim Kruvazör güneş araç sınıfı

Cruisers are multi-occupant solar vehicles that are conceived to compete in long-range (over 3,000 km) solar races based on the best compromise between ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

Tasarım ve ekstra cismani ultrason için ısmarlama bir robot manipülatör

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

Değişken Çevrim Motoru Modellemek için Hızlı Bir Yöntem

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...