导叶伺服系统的建模方法、装置及电子设备

1.本发明涉及数字控制技术领域，尤其是涉及一种导叶伺服系统的建模方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.导叶伺服系统涉及机械、液压及控制领域，是涡扇发动机空气流量管理的一种重要手段。导叶伺服系统通过接收发动机换算转速信号，按照一定调节规律改变压气机或者风扇导叶角度，从而改变导叶喉道流通面积，控制空气流量的大小以匹配发动机所需推力，改善发动机性能，提高压气机喘振裕度。同时，导叶伺服系统作为涡扇发动机增压转子防喘、消喘的关键部件，其性能的优劣直接影响发动机的工作稳定性。为了设计能够满足压气机高稳定性的导叶伺服系统，需要建立高精度的导叶伺服系统动力学模型，以评估系统方案设计的合理性。仿真技术利用模型对实际或者设想的系统和过程进行模拟，是支撑产品研发的重要的手段。
3.目前的导叶伺服系统的仿真模型的建立，主要使用仿真软件内提供的部件模型搭建系统模型，未涉及部件模型本身的搭建，导致各部件底层的数学关系是未知的，各个部件的输入输出关系是无法调节的，因此无法解决工程设计中的系统性正向设计问题，不能满足后期故障诊断的需求，不利于涡扇发动机整机系统级动态数字仿真。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种导叶伺服系统的建模方法、装置及电子设备，以解决现有技术中部件的输入输出关系无法调节的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供一种导叶伺服系统的建模方法，该方法应用于电子设备，电子设备预存有初始仿真模型；其中，初始仿真模型包括电液伺服阀模块、第一容腔模块、转换活门模块、第二容腔模块以及作动筒模块；电液伺服模块通过第一容腔模块与转换活门模块连接，转换活门模块通过第二容腔模块与作动筒模块连接；该方法包括：向电液伺服模块输入调试启动电信号，执行下述调试操作：向第一容腔模块输入实际导叶伺服系统运行过程中的燃油压力对应的燃油信号；通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量；以及，依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到仿真模型当前的控制压力；通过作动筒模块对当前的控制压力及当前输入的外部负载力进行位移计算，得到位移信息；其中，外部负载力为当前输入到作动筒模块仿真施加外力值，位移信息用于表征作动筒模块需要进行位移的方向及大小；根据位移信息调整初始仿真模型中各个模块对应的参数，继续调试操作，直到得到的位移信息满足预设位移条件，完成调试操作；将调试操作完成后的初始仿真模型作为目标仿真模型；其中，目标仿真模型用于对实际导叶伺服系统进行仿真实验。
6.进一步地，上述依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到控制压力的步骤，包括：通过第一容腔模块对第一容腔模块的输入流量
进行计算，得到第一容腔模块输出的第一压力；其中，第一容腔模块的输入流量包括第一流量；通过转换活门模块对转换活门模块的输入压力进行计算，得到转换活门模块输出的第二流量；其中，转换活门的输入压力包括第一压力；通过第二容腔模块对第二容腔模块的输入流量进行计算，得到控制压力；其中，第二容腔模块的输入流量包括第二流量。
7.进一步地，上述第一容腔模块的输入流量还包括转换活门模块输出的第二流量；上述转换活门模块的输入压力还包括第二容腔模块输出的控制压力；上述作动筒模块还输出第三流量，上述第二容腔模块的输入流量还包括作动筒模块输出的第三流量。
8.进一步地，上述通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量的步骤，包括：将燃油压力输入电液伺服阀模块中的如下公式，得到电液伺服阀模块输出的第一流量：
9.其中，p为燃油压力，ω为工作频率，x
v
为阀芯位移，ρ为燃油密度，c
d
为调整参数。
10.进一步地，上述第一压力和/或控制压力采用如下公式确定：
11.a＝f(underlap)，其中，q表示输入流量，rho表示流体密度，δp表示流经节流孔的压降，c
q
表示流经节流孔的流量系数，underlap0表示转换活门节流孔的初始开度；上述转换活门模块输出的第二流量通过如下公式确定：
12.其中，p为第一压力，ω为工作频率，x
v
为阀芯位移，ρ为燃油密度，c
d
为调整参数。
13.进一步地，上述基于作动筒模块对控制压力及外部负载力进行位移计算，得到位移信息的步骤，包括：将控制压力及外部负载力输入作动筒模块中的如下公式，得到位移信息：
14.其中，pa与a分别代表腔室所受燃油压力以及压力作用面积，k
f
为阻尼力系数，f
c
为动摩擦力，f
l
为所受负载力。
15.进一步地，上述初始仿真模型配置有控制器；位移信息包括位移信号，上述方法还包括：向控制器发送位移信号；判断所述位移信号的偏差值是否超过预设偏差阈值，如果是，通过所述控制器向所述电液伺服阀模块发送表征异常的调试停止电信号，以使所述电液伺服阀模块停止所述调试操作。否则，通过所述控制器的比例
‑
积分
‑
微分控制算法对所述位移信号进行调节。
16.第二方面，本发明实施例还提供一种导叶伺服系统的建模装置，该装置预存有初始仿真模型；其中，初始仿真模型包括电液伺服阀模块、第一容腔模块、转换活门模块、第二容腔模块以及作动筒模块；电液伺服模块通过第一容腔模块与转换活门模块连接，转换活门模块通过第二容腔模块与作动筒模块连接；上述装置包括：调试模块，用于向电液伺服模块输入调试启动电信号，执行下述调试操作：向第一容腔模块输入实际导叶伺服系统运行
过程中的燃油压力对应的燃油信号；通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量；以及，依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到仿真模型当前的控制压力；通过作动筒模块对当前的控制压力及当前输入的外部负载力进行位移计算，得到位移信息；其中，外部负载力为当前输入到作动筒模块仿真施加外力值，位移信息用于表征作动筒模块需要进行位移的方向及大小；根据位移信息调整仿真模型中各个模块对应的参数，继续调试操作，直到得到的位移信息满足预设位移条件，完成调试操作；模型确定模块，用于将调试操作完成后的仿真模型作为目标仿真模型；其中，目标仿真模型用于对实际导叶伺服系统进行仿真实验。
17.第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现上述第一方面的导叶伺服系统的建模方法。
18.第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述第一方面的导叶伺服系统的建模方法。
19.本发明实施例提供的上述导叶伺服系统的建模方法，通过向电液伺服模块输入调试启动电信号，执行调试操作，该调试操作包括：向第一容腔模块输入实际导叶伺服系统运行过程中的燃油压力对应的燃油信号；通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量；以及，依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到仿真模型当前的控制压力；通过作动筒模块对当前的控制压力及当前输入的外部负载力进行位移计算，得到位移信息；根据位移信息调整初始仿真模型中各个模块对应的参数，继续调试操作，直到得到的位移信息满足预设位移条件，完成调试操作；将调试操作完成后的初始仿真模型作为目标仿真模型。本发明的仿真模型的建立过程，通过对燃油压力进行计算得到相应的流量，并通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到控制压力，再通过作动筒模块对控制压力进行计算得到位移信息，通过位移信息调整仿真模型中各个模块的参数，进而使得各个部件的输入输出关系可以通过参数进行调节，实现了整个仿真模型的正向调整，使得调整后的仿真模型能够更加适应实际的导叶伺服系统的运行要求。
20.本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
21.为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为相关技术中可调导流叶片的结构示意图；
24.图2为相关技术中导叶伺服系统的工作原理示意图；
25.图3为本发明实施例提供的一种电子系统的结构示意图；
26.图4为本发明实施例提供的一种导叶伺服系统仿真模型的结构示意图；
27.图5为本发明实施例提供的一种导叶伺服系统的建模方法的流程图；
28.图6为本发明实施例提供的一种导叶伺服系统仿真模型的输入输出示意图；
29.图7为本发明实施例提供的一种作动筒的基本结构示意图；
30.图8为本发明实施例提供的一种实际应用场景下导叶伺服系统的建模方法流程图；
31.图9为本发明实施例提供的一种导叶伺服系统的建模装置；
32.图10a
‑
图10d为通过本发明实施例提供的导叶伺服系统的建模方法得到的仿真模型的效果示意图；
33.图11为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.图1为相关技术中可调导流叶片的结构示意图，燃油进入导叶伺服系统后分成两路，一路作为主控伺服阀、备控伺服阀两个电液伺服阀工作介质，通过电液伺服阀调节后进入转换活门，经转换活门后流入作动筒一腔使作动筒活塞杆动作，作动筒另一腔油液经过转换活门及电液伺服阀后流回低压腔。另一路经过转换电磁阀进入转换活门控制腔，控制转换活门换向。转换电磁阀控制转换活门阀芯向左或向右运动，从而实现主控、备控电液伺服阀的切换。主控和备控电液伺服阀根据指令电信号控制作动筒伸出和缩回从而带动作动环旋转，作动环带动摇臂使导流叶片旋转相应角度实现导叶伺服控制。
36.图2为导叶伺服系统的工作原理示意图，如图2所示，导叶伺服系统中的主控制系统工作模式为：转换电磁阀断电，转换活门处于右位状态，切换为主电液伺服阀工作，高压油液进入伺服阀后，伺服阀根据主控电信号控制伺服阀出口燃油的流量，控制作动筒作动。备份伺服阀被转换活门切断，不参与控制。备控系统工作模式与之类似，不再赘述。
37.目前的导叶伺服系统的仿真模型的建立，主要采用amesim软件实现，通过软件内部的部件模型直接搭建系统模型，导致各个部件的数学关系不清楚，难以对模块的输入输出关系进行调节，基于此，本发明实施例提供一种导叶伺服系统的建模方法、装置及电子设备，以解决现有技术中无法调节模块的输入输出关系的问题。
38.参照图3所示的电子系统300的结构示意图。该电子系统可以用于实现本发明实施例的导叶伺服系统的建模方法和装置。
39.如图3所示的一种电子系统的结构示意图，电子系统300包括一个或多个处理设备302、一个或多个存储装置304、输入装置306、输出装置308以及一个或多个信号采集设备310，这些组件通过总线系统312和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。应当注意，图3所示的电子系统300的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，电子系统也可以具有其他组件和结构。
40.处理设备302可以为服务器、智能终端，或者是包含中央处理单元(cpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元的设备，可以对电子系统300中的其它组件的数据进行处理，还可以控制电子系统300中的其它组件以执行导叶伺服系统仿真模型的建立功能。
41.存储装置304可以包括一个或多个计算机程序产品，计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理设备302可以运行程序指令，以实现下文的本发明实施例中(由处理设备实现)的客户端功能以及/或者其它期望的功能。在计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如应用程序使用和/或产生的各种数据等。
42.输入装置306可以是用户用来输入指令的装置，并且可以包括键盘、鼠标、麦克风和触摸屏等中的一个或多个。
43.输出装置308可以向外部(例如，用户)输出各种信息(例如，图像或声音)，并且可以包括显示器、扬声器等中的一个或多个。
44.信号采集设备310可以获取待处理的控制信号，并且将该控制信号存储在存储装置304中以供其它组件使用。
45.示例性地，用于实现根据本发明实施例的导叶伺服系统的建模方法、装置及电子设备中的各器件可以集成设置，也可以分散设置，诸如将处理设备302、存储装置304、输入装置306和输出装置308集成设置于一体，而将信号采集设备310设置于可以采集到信号的指定位置。当上述电子系统中的各器件集成设置时，该电子系统可以被实现为诸如相机、智能手机、平板电脑、计算机、车载终端等智能终端。
46.图4为本发明实施例提供的一种导叶伺服系统仿真模型的结构示意图，如图4所示，该仿真模型包括电液伺服阀模块、第一容腔模块、转换活门模块、第二容腔模块以及作动筒模块；电液伺服模块通过第一容腔模块与转换活门模块连接，转换活门模块通过第二容腔模块与作动筒模块连接。
47.图5为本发明实施例提供的一种导叶伺服系统的建模方法的流程图，参见图5，该方法包括以下步骤：
48.s502：向电液伺服模块输入调试启动电信号，执行下述调试操作：
49.导叶伺服系统中的伺服阀常见形式为射流管式电液伺服阀，作用是调节燃油流量来控制作动筒的位移。其结构属于三位四通阀，正常工作频率在几十赫兹之间，频响分析可看作二阶环节。该伺服阀接收到调试信号，执行相关的操作，例如，接收到调试启动电信号，则进行调试操作，接收到调试停止电信号，则停止正在进行的调试操作。
50.s504：向第一容腔模块输入实际导叶伺服系统运行过程中的燃油压力对应的燃油信号；
51.s506：通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量；以及，依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到仿真模型当前的控制压力；
52.当仿真燃油流入第一容腔模模块后，在第一容腔内产生燃油压力，该燃油压力对
应燃油信号，通过电液伺服阀模块对该燃油压力进行计算，得到输出的第一流量，该第一流量依次经过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块的处理，得到当前的控制压力，该控制压力代表需要作动筒中的导叶进行运动的程度。
53.s508：通过作动筒模块对当前的控制压力及当前输入的外部负载力进行位移计算，得到位移信息；其中，外部负载力为当前输入到作动筒模块仿真施加外力值，位移信息用于表征作动筒模块需要进行位移的方向及大小；
54.作动筒的输入力来自于两部分，一部分是上述计算得到的控制压力，一部分是来自于系统施加的外部负载力，实际应用中，外部负载力可以是一个常量。
55.s510：根据位移信息调整初始仿真模型中各个模块对应的参数，继续调试操作，直到得到的位移信息满足预设位移条件，完成调试操作；
56.需要注意的是，上述的调试操作实际是循环的过程，即通过上述的一轮调试操作，得到位移信息，该位移信息可能并不满足预设位移条件，那么可以根据该位移信息与预设位移条件的差异对初始仿真模型中各个模块的参数进行调整，进行下一轮的上述调试操作，当进行完某次调试操作后，得到的位移信息满足预设位移条件，则完成调试操作。
57.例如，预设位移信号x
r
(t)与实际输出位移信号x
c
(t)构成偏差：e(t)＝x
r
(t)
‑
x
c
(t)。
58.当满足时，模型精度满足要求，调试完成。
59.s512：将调试操作完成后的初始仿真模型作为目标仿真模型；其中，目标仿真模型用于对实际导叶伺服系统进行仿真实验。
60.本发明实施例提供的上述导叶伺服系统的建模方法，通过向电液伺服模块输入调试启动电信号，执行调试操作，该调试操作包括：向第一容腔模块输入实际导叶伺服系统运行过程中的燃油压力对应的燃油信号；通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量；以及，依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到仿真模型当前的控制压力；通过作动筒模块对当前的控制压力及当前输入的外部负载力进行位移计算，得到位移信息；根据位移信息调整初始仿真模型中各个模块对应的参数，继续调试操作，直到得到的位移信息满足预设位移条件，完成调试操作；将调试操作完成后的初始仿真模型作为目标仿真模型。本发明的仿真模型的建立过程，通过对燃油压力进行计算得到相应的流量，并通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到控制压力，再通过作动筒模块对控制压力进行计算得到位移信息，通过位移信息调整仿真模型中各个模块的参数，进而使得各个部件的输入输出关系可以通过参数进行调节，实现了整个仿真模型的正向调整，使得调整后的仿真模型能够更加适应实际的导叶伺服系统的运行要求。
61.为了使仿真模型中的每个模块都可以调节输入输出关系，上述步骤s506中的依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到控制压力的步骤，可以具体是：
62.(1)通过第一容腔模块对第一容腔模块的输入流量进行计算，得到第一容腔模块输出的第一压力；其中，第一容腔模块的输入流量包括第一流量；
63.(2)通过转换活门模块对转换活门模块的输入压力进行计算，得到转换活门模块
输出的第二流量；其中，转换活门的输入压力包括第一压力；
64.(3)通过第二容腔模块对第二容腔模块的输入流量进行计算，得到控制压力；其中，第二容腔模块的输入流量包括第二流量。
65.仿真模型的建立过程是一个双向调节的过程，图6为本发明实施例示出的一种仿真模型的输入输出示意图，该正向过程即燃油压力输入电液伺服阀模块，通过电液伺服阀模块转换成第一流量，第一流量经过第一容腔模块，转换成第一压力，第一压力经过转换活门模块，转换成第二流量，第二流量再经过第二容腔模块，转换成第二压力，第二压力经过作动筒，得到位移信息。而作动筒模块的输出还包括一个转换后的流量，该流量进行以下反向传输：第二容腔模块对将该流量及转换活门模块输出的第二流量共同作为输入流量，将输入流量转换成第二压力，输入到转换活门模块，转换活门模块将第二压力以及第一容腔模块输出的第一压力共同作为输入压力，得到第二流量，输入到第一容腔模块，第一容腔模块将第二流量及电液伺服阀模块输出的第一流量共同作为输入流量，得到第一压力，最终，电液伺服阀模块将第一压力与燃油压力共同作为输入压力，完成一次反向传播的过程。
66.基于上述双向调节过程的描述，本发明上述实施例还包括：
67.第一容腔模块的输入流量还包括转换活门模块输出的第二流量；转换活门模块的输入压力还包括第二容腔模块输出的控制压力；作动筒模块还输出第三流量，第二容腔模块的输入流量还包括作动筒模块输出的第三流量。
68.在一些可能的实施方式中，上述步骤s506中的通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量的步骤，具体可以包括：
69.将燃油压力输入电液伺服阀模块中的如下公式，得到电液伺服阀模块输出的第一流量：
[0070][0071]
其中，p为燃油压力，ω为工作频率，x
v
为阀芯位移，ρ为燃油密度，c
d
为调整参数。
[0072]
在一些可能的实施方式中，上述第一压力和/或控制压力采用如下公式确定：
[0073]
a＝f(underlap)
[0074]
其中，q表示输入流量，rho表示流体密度，δp表示流经节流孔的压降，c
q
表示流经节流孔的流量系数，underlap0表示转换活门节流孔的初始开度；
[0075]
转换活门模块输出的第二流量通过如下公式确定：
[0076][0077]
其中，p为第一压力，ω为工作频率，x
v
为阀芯位移，ρ为燃油密度，c
d
为调整参数。
[0078]
对于转换活门，上述动力学方程所计算的位移输出表示了其所控制油路的开度underlap。
[0079]
underlap＝f(l
_
c)+underlap0[0080]
式中，underlap0表示转换活门节流孔的初始开度，对于位移，当转换活门开度增
大方向与运动正方向相同时，取l_c，相反时取
‑
l_c。转换活门的节流孔流通面积根据形状可计算为：
[0081]
a＝f(underlap)
[0082]
则流经节流孔的体积流量可由伯努利方程推导而来的薄壁小孔流量公式计算：
[0083][0084][0085][0086]
式中，rho表示流体密度，δp表示流经节流孔的压降，c
q
表示流经节流孔的流量系数，c
qmax
为最大流量系数。lam表示当前状态的流数，lamc表示临界流数，即层流到湍流的流数。d
h
表示节流孔的水力直径，v表示运动粘度。流数与雷诺数r
e
的关系和临界流数与临界雷诺数re
crit
的关系如下：
[0087][0088][0089]
在一些可能的实施方式中，上述基于作动筒模块对控制压力及外部负载力进行位移计算，得到位移信息的步骤，包括：
[0090]
将控制压力及外部负载力输入作动筒模块中的如下公式，得到位移信息：
[0091][0092]
其中，pa与a分别代表腔室所受燃油压力以及压力作用面积，k
f
为阻尼力系数，f
c
为动摩擦力，f
l
为所受负载力。
[0093]
具体地，导叶伺服系统的执行机构主要有作动筒和转换活门，两者具有的相同运动特征部分可称为作动器。作动器左右两腔受燃油压力的作用而运动，其基本结构如图7所示。pa与a分别代表腔室所受燃油压力以及压力作用面积，转换活门和作动筒的运动的驱动力主要是作用在a1上的左腔压力p1a1与作用在a2上的右腔压力p2a2的合力。
[0094]
以作动器运动体向右运动为正方向，由牛顿第二定律可得作动器动力学方程：
[0095][0096]
式中，k
f
为阻尼力系数，f
c
为动摩擦力，f
l
为所受负载力。
[0097]
转换活门动力学微分方程：
[0098][0099]
式中，k为弹簧刚度系数，f0为弹簧预紧力。
[0100]
设燃油不可压缩，则作动器单位时间内左腔输出体积流量等于左腔的体积减小量，即：
[0101]
qdt＝
‑
a1dx
[0102]
左、右腔输出的质量流量为：
[0103][0104][0105]
进一步地，在一些示例中，上述初始仿真模型配置有控制器。该控制器用于对电液伺服阀进行启动、停止的控制。作动筒模块输出的位移信息包括位移信号，该位移信号发送给上述控制器，以通过控制器判断位移信号对应的位移是否异常；如果是，通过控制器向电液伺服阀模块发送表征异常的调试停止电信号，以使电液伺服阀模块停止调试操作。
[0106]
具体地，该控制器根据预设位移信号x
r
(t)与实际输出位移信号x
c
(t)构成偏差：e(t)＝x
r
(t)
‑
x
c
(t)，并且，将偏差的比例(p)、积分(i)和微分(d)通过线性组合构成控制量，对导叶系统进行控制。其控制规律为：
[0107][0108]
其中，比例控制系数k
p
、积分控制系数k
i
和微分控制系数k
d
根据实际情况进行调整。
[0109]
为了便于理解，本发明实施例还示出了一种应用场景中导叶伺服系统的建模方法，该方法以在simulink平台下建立导叶伺服系统的仿真模型为例进行说明，如图8所示，该方法包括：
[0110]
s802：分析导叶伺服系统工作原理，采用部件建模法，先分部件建模、测试、改进，后将各部件模型按照输入输出关系搭建初始系统模型。
[0111]
s804：建立底层模型。
[0112]
分析系统基本工作机理，根据在simulink下建立可视化的流量计算模型，输入压力，通过计算输出流量；根据在simulink下建立可视化的位移计算模型，输入合外力，通过计算输出位移。
[0113]
s806：建立部件模型。由流量计算模型和位移计算模型两个基础模型搭建电液伺服阀、转换活门、作动筒模型。
[0114]
根据建立容腔动力学模型，输入流量，计算输出压力。
[0115]
s808：部件测试、改进。对每一个部件单独进行仿真测试，将仿真结果与采用现有方法搭建的amesim模型的数据进行对比，改进模型，使误差符合要求。
[0116]
s810：搭建系统模型，测试并调整。
[0117]
根据部件之间的输入输出关系连接部件模型，组成系统模型。系统的输入是电信号、燃油压力和外部负载力，输出位移信号。
[0118]
通过本发明实施例提供的上述导叶伺服系统的建模方法建立的模型，基于开放的simulink平台，采用层次化的机理建模方法和模块化的系统结构布局，具有中间参数可见
可调且底层模型易于调整等特点，使其能更好的适用于工程领域。本发明实施例提供的导叶伺服系统的建模方法对于导叶伺服系统的正向设计、跨平台多学科联合仿真、故障模拟及诊断具有较高的应用价值。
[0119]
基于上述方法实施例，本发明实施例还提供一种导叶伺服系统的建模装置，参见图9所示，该装置预存有初始仿真模型；其中，初始仿真模型包括电液伺服阀模块、第一容腔模块、转换活门模块、第二容腔模块以及作动筒模块；电液伺服模块通过第一容腔模块与转换活门模块连接，转换活门模块通过第二容腔模块与作动筒模块连接：该装置包括：
[0120]
调试模块902，用于向电液伺服模块输入调试启动电信号，执行下述调试操作：向第一容腔模块输入实际导叶伺服系统运行过程中的燃油压力对应的燃油信号；通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量；以及，依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到仿真模型当前的控制压力；通过作动筒模块对当前的控制压力及当前输入的外部负载力进行位移计算，得到位移信息；其中，外部负载力为当前输入到作动筒模块仿真施加外力值，位移信息用于表征作动筒模块需要进行位移的方向及大小；根据位移信息调整仿真模型中各个模块对应的参数，继续调试操作，直到得到的位移信息满足预设位移条件，完成调试操作；
[0121]
模型确定模块904，用于将调试操作完成后的仿真模型作为目标仿真模型；其中，目标仿真模型用于对实际导叶伺服系统进行仿真实验。
[0122]
本发明实施例提供的上述导叶伺服系统的建模装置，通过向电液伺服模块输入调试启动电信号，执行调试操作，该调试操作包括：向第一容腔模块输入实际导叶伺服系统运行过程中的燃油压力对应的燃油信号；通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量；以及，依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到仿真模型当前的控制压力；通过作动筒模块对当前的控制压力及当前输入的外部负载力进行位移计算，得到位移信息；根据位移信息调整初始仿真模型中各个模块对应的参数，继续调试操作，直到得到的位移信息满足预设位移条件，完成调试操作；将调试操作完成后的初始仿真模型作为目标仿真模型。本发明的仿真模型的建立过程，通过对燃油压力进行计算得到相应的流量，并通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到控制压力，再通过作动筒模块对控制压力进行计算得到位移信息，通过位移信息调整仿真模型中各个模块的参数，进而使得各个部件的输入输出关系可以通过参数进行调节，实现了整个仿真模型的正向调整，使得调整后的仿真模型能够更加适应实际的导叶伺服系统的运行要求。
[0123]
上述依次通过第一容腔模块、转换活门模块以及第二容腔模块对第一流量进行计算，得到控制压力的过程，包括：通过第一容腔模块对第一容腔模块的输入流量进行计算，得到第一容腔模块输出的第一压力；其中，第一容腔模块的输入流量包括第一流量；通过转换活门模块对转换活门模块的输入压力进行计算，得到转换活门模块输出的第二流量；其中，转换活门的输入压力包括第一压力；通过第二容腔模块对第二容腔模块的输入流量进行计算，得到控制压力；其中，第二容腔模块的输入流量包括第二流量。
[0124]
上述第一容腔模块的输入流量还包括转换活门模块输出的第二流量；上述转换活门模块的输入压力还包括第二容腔模块输出的控制压力；上述作动筒模块还输出第三流量，上述第二容腔模块的输入流量还包括作动筒模块输出的第三流量。
[0125]
上述通过电液伺服阀模块对燃油压力进行计算，得到电液伺服阀模块输出的第一流量的过程，包括：将燃油压力输入电液伺服阀模块中的如下公式，得到电液伺服阀模块输出的第一流量：
[0126]
其中，p为燃油压力，ω为工作频率，x
v
为阀芯位移，ρ为燃油密度，c
d
为调整参数。
[0127]
上述第一压力和/或控制压力采用如下公式确定：
[0128]
a＝f(underlap)，其中，q表示输入流量，rho表示流体密度，δp表示流经节流孔的压降，c
q
表示流经节流
[0129]
孔的流量系数，underlap0表示转换活门节流孔的初始开度；
[0130]
上述转换活门模块输出的第二流量通过如下公式确定：
[0131]
其中，p为第一压力，ω为工作频率，x
v
为阀芯位移，ρ为燃油密度，c
d
为调整参数。
[0132]
上述基于作动筒模块对控制压力及外部负载力进行位移计算，得到位移信息的过程，包括：将控制压力及外部负载力输入作动筒模块中的如下公式，得到位移信息：其中，pa与a分别代表腔室所受燃油压力以及压力作用面积，k
f
为阻尼力系数，f
c
为动摩擦力，f
l
为所受负载力。
[0133]
上述初始仿真模型配置有控制器；位移信息包括位移信号，上述模块还包括：信号发送模块，用于向控制器发送位移信号；异常判断模块，用于判断所述位移信号的偏差值是否超过预设偏差阈值，如果是，通过所述控制器向所述电液伺服阀模块发送表征异常的调试停止电信号，以使所述电液伺服阀模块停止所述调试操作，否则，通过所述控制器的比例
‑
积分
‑
微分控制算法对所述位移信号进行调节。
[0134]
为了验证本发明实施例提供的导叶伺服系统的建模方法的效果，本发明实施例对主/备电液伺服阀、转换电磁阀、转换活门和作动筒的输出流量和位移与导叶伺服系统在amesim平台对应端口输出曲线进行了对比验证。得到如下验证结果：
[0135]
(1)主/备电液伺服阀b端口输出流量最大相对误差为0.23％，转换电磁阀a端口输出流量对最大相对误差为1.09％，转换活门节流孔输出流量最大相对误差为7.09％，作动筒输出位移最大相对误差为0.025％。
[0136]
(2)在simulink仿真环境下，采用定步长四阶rung
‑
kutta算法，步长取0.0001。导叶伺服系统作动筒活塞位置仿真对比曲线如图10a所示，各稳态点下的作动筒活塞位置的稳态误差最大为0.12％。
[0137]
(3)作动筒活塞位置阶跃响应如图10b所示。
[0138]
(4)在初始位置到最大位置移动时间是0.6s的斜坡信号输入下，作动筒活塞位置斜坡信号响应曲线如图10c所示，跟踪误差为3.705％。
[0139]
(5)输入指令为5％位移幅值，频率依次为0.1hz、1hz、6hz、8hz、10hz、20hz的正弦
指令信号，检验系统的幅值衰减。导叶伺服系统幅频响应曲线如图10d所示，闭环系统带宽不小于8hz。
[0140]
本发明实施例提供的导叶伺服系统仿真模型的建立装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，上述装置的实施例部分未提及之处，可参考前述导叶伺服系统的建模方法实施例中的相应内容。
[0141]
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图11所示，为该电子设备的结构示意图，其中，该电子设备包括处理器1101和存储器1102，该存储器1102存储有能够被该处理器1101执行的计算机可执行指令，该处理器1101执行该计算机可执行指令以实现上述导叶伺服系统的建模方法。
[0142]
在图11示出的实施方式中，该电子设备还包括总线1103和通信接口1104，其中，处理器1101、通信接口1104和存储器1102通过总线1103连接。
[0143]
其中，存储器1102可能包含高速随机存取存储器(ram，random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non
‑
volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口1104(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线1103可以是isa(industry standard architecture，工业标准体系结构)总线、pci(peripheral component interconnect，外设部件互连标准)总线或eisa(extended industry standard architecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线1103可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0144]
处理器1101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1101可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器1101读取存储器中的信息，结合其硬件完成前述实施例的导叶伺服系统的建模方法的步骤。
[0145]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，该计算机可执行指令促使处理器实现上述导叶伺服系统的建模方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。
[0146]
本发明实施例所提供的导叶伺服系统的建模方法、装置及电子设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行
前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0147]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
[0148]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0149]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0150]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。