某智能燃油計量機(jī)構(gòu)正向設(shè)計研究

張昌菊，單金光

(中國航發(fā)貴州紅林航空動力控制科技有限公司，貴州 貴陽 550009)

人工智能(Artificial Intelligence, AI)亦稱機(jī)器智能，屬于自然科學(xué)、社會科學(xué)、技術(shù)科學(xué)三向交叉學(xué)科，是對人的思維的信息過程的模擬，是用人工方法在計算機(jī)上實現(xiàn)的智能。它是研究如何使用計算機(jī)來模擬、延伸和擴(kuò)展人的某些思維過程和智能行為的技術(shù)科學(xué)。計算機(jī)是AI的主要物質(zhì)基礎(chǔ)以及技術(shù)基礎(chǔ)[1]。AI所有的智能活動都是反饋機(jī)制的結(jié)果，而反饋機(jī)制是有可能用機(jī)器模擬的。

分布式智能控制系統(tǒng)AIFC(AI+FADEC)是人工智能(AI)+全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)(FADEC)，主要由輸入部分(人工給定指令信號、健康管理智能系統(tǒng)等)、中央智能控制器(或數(shù)字式智能計算機(jī))、智能燃油計量機(jī)構(gòu)、智能傳感器、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源總線和數(shù)據(jù)總線等組成[2]。其中，人工智能和中央智能控制器+智能電動控制器，成為分布式智能控制系統(tǒng)重要的輸入控制端，而輸出端主要集中在智能燃油計量機(jī)構(gòu)上。分布式智能控制系統(tǒng)框架圖如圖1所示。圖1中，某智能燃油計量機(jī)構(gòu)正向設(shè)計研究是應(yīng)用人工智能+FADEC平臺，把傳統(tǒng)機(jī)械液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)變?yōu)橹悄軝C(jī)器，通過正向設(shè)計和技術(shù)狀態(tài)管理，為用戶提供軟硬件全套解決方案，實現(xiàn)最佳智能燃油計量機(jī)構(gòu)的工作體驗。圖1中，某智能燃油計量機(jī)構(gòu)采用單通道的燃油計量閥門機(jī)構(gòu)，它是AIFC的核心，其燃油計量方式直接影響AIFC的穩(wěn)態(tài)控制精度和動態(tài)特性；其性能和可靠性決定了整個AIFC的優(yōu)劣和可靠性[3]。

圖1 分布式智能控制系統(tǒng)框架圖

1 新技術(shù)應(yīng)用研究

1.1 分布式智能控制系統(tǒng)

先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)采用全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)(FADEC)，幾乎克服了機(jī)械液壓式控制系統(tǒng)和模擬電子控制系統(tǒng)的所有不足[4]。FADEC分集中式和分布式控制系統(tǒng)。分布式智能控制系統(tǒng)(AIFC)是人工智能(AI)+全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)(FADEC)。AIFC應(yīng)用人工智能技術(shù)，模擬人的思維過程和智能行為，遵守“功能分散”設(shè)計思想，采用“分層結(jié)構(gòu)”，把AIFC的低級處理功能，如大部分控制、監(jiān)測功能以及計算任務(wù)，從AIFC中央智能控制器下放到現(xiàn)場智能傳感器和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，中央智能控制器只執(zhí)行高級功能，如人工指令、復(fù)雜控制算法、模型計算、命令發(fā)送等。現(xiàn)場相關(guān)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行人工智能化處理并嵌入微處理器，使之成為智能傳感器和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過數(shù)據(jù)總線與中央智能控制器通信，使用電源總線供電[5](見圖1)。

1.2 智能燃油計量機(jī)構(gòu)

智能燃油計量機(jī)構(gòu)是把傳統(tǒng)機(jī)械液壓式燃油計量機(jī)構(gòu)計算機(jī)化和智能材料化，減少機(jī)械類零件，增加智能反饋機(jī)構(gòu)和電子元件，采用稀土永磁電動機(jī)精準(zhǔn)定位和自動鎖定，嵌入反饋和閉環(huán)控制芯片或微處理器，使其帶有電源和數(shù)據(jù)總線接口。如圖1中虛線所示，主要由智能電動控制器、智能旋轉(zhuǎn)變壓器、稀土永磁爪極電動機(jī)、燃油計量閥門機(jī)構(gòu)、智能壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、二位四通智能開關(guān)電磁閥、智能增壓活門機(jī)構(gòu)和智能位置反饋機(jī)構(gòu)等七智能一機(jī)構(gòu)組成。

2 正向設(shè)計研究

2.1 概述

設(shè)計是人類為實現(xiàn)某種特定目的而進(jìn)行的創(chuàng)造性活動[6]，或是將需求轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品、過程或體系規(guī)定的特性或規(guī)范的一組過程。需求是設(shè)計的源動力，設(shè)計本質(zhì)是創(chuàng)新。產(chǎn)品設(shè)計是從制訂出新產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)書起到設(shè)計出產(chǎn)品樣品為止的一系列技術(shù)工作[7]。

正向設(shè)計是以系統(tǒng)工程理論、方法和過程模型為指導(dǎo)，面向復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的改進(jìn)改型、技術(shù)研發(fā)和原創(chuàng)設(shè)計等場景，以需求拉動和技術(shù)推動為動力，不以仿制抄襲山寨為手段和目的，可以借鑒逆向設(shè)計的方法手段，消化吸收各種現(xiàn)有技術(shù)和成果，以提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和為客戶創(chuàng)造價值為目標(biāo)的設(shè)計活動。簡單來說就是從概念(理論、思想)到創(chuàng)造實物，這一過程利用CAD/CAE/CAM繪圖或建模等手段預(yù)先做出產(chǎn)品設(shè)計原型，然后根據(jù)原型制造產(chǎn)品。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工程是核心，自主創(chuàng)新是目標(biāo)，主要業(yè)務(wù)流程：概念設(shè)計①→繪圖或三維建模②→三維原型制造過程③→新產(chǎn)品試制④(見圖2)。

圖2 正向設(shè)計業(yè)務(wù)流程圖

產(chǎn)品正向設(shè)計可分為常規(guī)性設(shè)計、改進(jìn)性設(shè)計、研制性設(shè)計、原創(chuàng)性設(shè)計4類，主要流程包括5個階段：論證階段①→方案階段②→工程研制階段③→設(shè)計定型④→生產(chǎn)定型階段⑤。其正向設(shè)計流程及工作內(nèi)容如圖2所示。

軍品正向設(shè)計(或自主設(shè)計)一般按照顧客、科研項目或自已預(yù)先設(shè)定的技術(shù)要求或者概念(理論、思想、技術(shù)創(chuàng)新)設(shè)計產(chǎn)品，具有邏輯思維性、創(chuàng)新性、人工智能和技術(shù)狀態(tài)管理等4個特點，以及“三個不能”：一不能“輸入不夠明確，未策劃設(shè)計方案，未建立數(shù)學(xué)模型或框架結(jié)構(gòu)，沒有繪制產(chǎn)品工作原理或結(jié)構(gòu)原理圖，未進(jìn)行故障模式、影響及危害性分析”等，就編制或繪制了“產(chǎn)品三維、二維圖樣和產(chǎn)品規(guī)范，或關(guān)鍵件(特性)、重要件(特性)項目明細(xì)表”；二不能“遺漏設(shè)計流程或簡化設(shè)計內(nèi)容，違反設(shè)計原則或設(shè)計順序，混淆設(shè)計過程的輸入與輸出，設(shè)計輸出又不符合設(shè)計輸入”等，就草率地輸出了“技術(shù)狀態(tài)基線文件、產(chǎn)品和服務(wù)”；三不能“仿制、抄襲、山寨其他產(chǎn)品和服務(wù)”等。

2.2 確定顧客需求

了解或者接收到顧客對某智能燃油計量機(jī)構(gòu)的研制需求，與顧客充分溝通，通過調(diào)研和論證，確定某智能燃油計量機(jī)構(gòu)的技術(shù)狀態(tài)和接口關(guān)系，編制技術(shù)協(xié)議書和接口文件，評審與產(chǎn)品和服務(wù)有關(guān)的要求之后，與顧客簽訂某智能燃油計量機(jī)構(gòu)技術(shù)協(xié)議書和接口文件，明確主要功能特性(技術(shù)指標(biāo))如下。

1)恒定電源輸入直流電壓：18～32 VDC。

2)位置指令輸入直流信號：4～20 mA。

3)位置反饋輸出直流信號：4～20 mA。

4)微型電動機(jī)的外形尺寸：外徑≤112 mm，軸中心距高≤80 mm。

5)微型電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：0.5～1.2 N·m。

6)微型電動機(jī)的有限轉(zhuǎn)角：6°～84°。

7)有限轉(zhuǎn)角位置控制精度：±0.05°。

8)動態(tài)階躍響應(yīng)的超調(diào)量：σ%≤10%。

9)燃油進(jìn)口壓力：1.0～9.5 MPa。

10)增壓活門壓力：1.2～1.5 MPa。

11)壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)恒定壓差：(0.345±0.05) MPa。

12)燃油流量控制范圍：20～12 000 L/h。

13)直流電信號與燃油出口流量的特性關(guān)系如圖3中曲線所示。

圖3 直流電信號與燃油出口流量的特性關(guān)系圖

2.3 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)上述技術(shù)協(xié)議中的直流電信號與燃油出口流量的特性關(guān)系，推算出直流電信號與燃油流量的線性方程式(見圖3中細(xì)線)：

y=647.56x-3 078.2

式中，y為燃油流量；x為直流電信號。

2.3.1 直流電信號與有限轉(zhuǎn)角的特性關(guān)系

依據(jù)直流電信號與燃油流量的特性關(guān)系和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行機(jī)電一體化智能設(shè)計，將直流電信號轉(zhuǎn)換成伺服閥門有限轉(zhuǎn)角位置的特性關(guān)系(見圖4)，設(shè)計和推算出直流電信號與有限轉(zhuǎn)角的線性方程式：

y=2.830 8x+5.191

式中，y為有限轉(zhuǎn)角；x為直流電信號。

圖4 直流電信號與有限轉(zhuǎn)角的特性關(guān)系圖

2.3.2 有限轉(zhuǎn)角與型孔面積的特性關(guān)系

依據(jù)直流電信號與有限轉(zhuǎn)角的特性關(guān)系和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行機(jī)液一體化智能設(shè)計，將有限轉(zhuǎn)角機(jī)械位置轉(zhuǎn)換成伺服閥門型孔流通面積的特性關(guān)系(見圖5)，設(shè)計和推算出有限轉(zhuǎn)角與伺服閥門型孔面積的線性方程式：

y=7.699 8x-34.29

式中，y為型孔面積；x為有限轉(zhuǎn)角。

圖5 有限轉(zhuǎn)角與型孔面積的特性關(guān)系圖

2.3.3 型孔面積與燃油流量的特性關(guān)系

依據(jù)有限轉(zhuǎn)角與伺服閥門型孔面積的特性關(guān)系和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行機(jī)液一體化智能設(shè)計，將伺服閥門型孔流通面積轉(zhuǎn)換成燃油流量的特性關(guān)系(見圖6)，設(shè)計和推算出型孔面積與燃油流量的線性方程式：

y=647.56x-3 078.2

式中，y為燃油流量；x為型孔面積。

圖6 型孔面積與燃油流量的特性關(guān)系圖

2.3.4 有限轉(zhuǎn)角與燃油流量的特性關(guān)系

依據(jù)有限轉(zhuǎn)角與伺服閥門型孔面積的特性關(guān)系和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行機(jī)液一體化智能設(shè)計，將有限轉(zhuǎn)角機(jī)械位置轉(zhuǎn)換成燃油流量的特性關(guān)系(見圖7)，設(shè)計和推算出有限轉(zhuǎn)角與燃油流量的線性方程式：

y=647.56x-3 078.2

式中，y為燃油流量；x為有限轉(zhuǎn)角。

圖7 有限轉(zhuǎn)角與燃油流量的特性關(guān)系圖

2.3.5 直流電信號與型孔面積的特性關(guān)系

依據(jù)有限轉(zhuǎn)角與型孔面積、型孔面積與燃油流量的特性關(guān)系和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行電液一體化智能設(shè)計，將直流電信號轉(zhuǎn)換成伺服閥門型孔流通面積的特性關(guān)系(見圖8)，設(shè)計和推算出直流電信號與型孔面積的線性方程式：

y=7.699 8x-34.29

式中，y為型孔面積；x為直流電信號。

2.4 系統(tǒng)框架建設(shè)

根據(jù)上述技術(shù)協(xié)議和接口文件，應(yīng)用人工智能技術(shù)，將“傳統(tǒng)機(jī)械液壓式燃油計量機(jī)構(gòu)”創(chuàng)新設(shè)計成全電動直驅(qū)式智能燃油計量機(jī)構(gòu)(簡稱智能燃油計量機(jī)構(gòu))，采用稀土永磁爪極電動機(jī)和二位四通智能開關(guān)電磁閥作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，把稀土永磁爪極電動機(jī)與智能旋轉(zhuǎn)變壓器和燃油計量閥門機(jī)構(gòu)同軸設(shè)計為一體，整體防爆固定在燃油計量機(jī)構(gòu)殼體內(nèi)部；把二位四通開關(guān)活門組件與智能開關(guān)電磁閥同軸設(shè)計為一體，整體防爆固定在燃油計量機(jī)構(gòu)殼體內(nèi)部。

圖8 直流電信號與型孔面積的特性關(guān)系圖

某智能燃油計量機(jī)構(gòu)由智能電動控制器和機(jī)械液壓式燃油計量機(jī)構(gòu)(簡稱燃油計量機(jī)構(gòu))兩大部分組成，采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用屏蔽雙絞線纜連接。其電子元器件全部集成到智能電動控制器的保護(hù)罩中，機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)全部建造在燃油計量機(jī)構(gòu)殼體內(nèi)部。

圖1中，智能電動控制器與稀土永磁爪極電動機(jī)、智能旋轉(zhuǎn)變壓器、燃油計量閥門機(jī)構(gòu)和智能壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成智能燃油伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要功能是準(zhǔn)確定位和自動鎖定燃油計量閥門打開位置，精確計量和控制輸入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中的燃油流量；二位四通智能開關(guān)電磁閥與智能位置反饋機(jī)構(gòu)和智能增壓活門機(jī)構(gòu)等構(gòu)成獨立指令關(guān)斷閥門閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要功能是在燃?xì)廨啓C(jī)所有運(yùn)行狀態(tài)下，打開或切斷流向燃燒室的燃油。

2.5 智能電動控制器設(shè)計

智能電動控制器電路結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。

圖9 智能電動控制器電路結(jié)構(gòu)框圖

2.5.1 結(jié)構(gòu)、功能和原理設(shè)計

圖9中，智能電動控制器主要由位置指令信號輸入電路、位置反饋信號輸出電路、激勵產(chǎn)生電路、R/D解碼電路、控制器電路(位置環(huán)PID、速度環(huán)PI、電流環(huán)PI)、邏輯H橋驅(qū)動電路、三角波及PWM產(chǎn)生電路、功率放大電路、母線電壓檢測電路、電流檢測電路、故障輸出電路、系統(tǒng)電源電路、其他輔助電路、電源母線、印制電路板和外殼結(jié)構(gòu)件等組成。主要功能和原理是接受中央智能控制器的輸入直流電控制信號4～20 mA，將其轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制控制信號，并經(jīng)過驅(qū)動放大輸送給稀土永磁爪極電動機(jī)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩輸出；同時，智能電動控制器向智能旋轉(zhuǎn)變壓器輸入激勵電信號，驅(qū)動其檢測稀土永磁爪極電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)角，并反饋回智能電動控制器，形成閉環(huán)控制，實時有效地控制稀土永磁爪極電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對稀土永磁爪極電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角位置的精確控制。

2.5.2 結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

智能電動控制器的外殼采用全封閉結(jié)構(gòu)，以減少電磁能量外泄。外殼結(jié)構(gòu)件在加工時，結(jié)構(gòu)件相應(yīng)搭接面處均予以保護(hù)，保證導(dǎo)電性良好，增加屏蔽作用。電動機(jī)驅(qū)動和控制單元分開布置在外殼結(jié)構(gòu)件內(nèi)的2個印制電路板上，并接地隔離，盡可能增大接地線寬度，合理設(shè)計斬波電流的閥值，以改善電磁噪聲。

2.5.3 抗干擾設(shè)計

電源母線對智能電動控制器殼體增加耐高壓磁介電容，控制電源端正負(fù)回路增加磁珠電感，達(dá)到增強(qiáng)其抗傳導(dǎo)干擾，以減弱電磁輻射干擾。在可能產(chǎn)生和出現(xiàn)電磁干擾的電路中增加濾波電容；在邏輯電路的電源處理上采取去耦電容、濾波電容等技術(shù)措施，以提高抗干擾能力。

2.6 燃油計量機(jī)構(gòu)設(shè)計

燃油計量機(jī)構(gòu)三維設(shè)計圖如圖10所示。

圖10 燃油計量機(jī)構(gòu)三維設(shè)計圖

2.6.1 結(jié)構(gòu)、功能和原理設(shè)計

圖10中，燃油計量機(jī)構(gòu)主要由保護(hù)罩、支承殼體、接線盒、智能位置反饋機(jī)構(gòu)、二位四通智能開關(guān)電磁閥、智能增壓活門機(jī)構(gòu)、旁路管接頭、進(jìn)口管接頭、智能壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、放氣活門組件、漏油管接頭、出口管接頭、調(diào)整彈簧、轉(zhuǎn)軸伺服閥門座、轉(zhuǎn)軸伺服閥門、稀土永磁爪極電動機(jī)、壓盤殼體和智能旋轉(zhuǎn)變壓器等組成。主要功能和原理：二位四通智能開關(guān)電磁閥接收燃?xì)廨啓C(jī)中央智能控制器的開啟電壓信號，迅速(≤0.1 s)打開智能增壓活門機(jī)構(gòu)的燃油出口通道，關(guān)閉旁路管接頭的回油路。同時，稀土永磁爪極電動機(jī)接受智能電動控制器的指令直流電信號，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)軸伺服閥門在有限角度范圍內(nèi)，快速實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，并精確定位和自動鎖定轉(zhuǎn)軸伺服閥門的型孔位置，定量控制由進(jìn)口管接頭流入的燃油通過轉(zhuǎn)軸伺服閥門的型孔流向智能增壓活門機(jī)構(gòu)的燃油出口通道，精確計量和控制輸入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中的燃油流量。在停車或應(yīng)急時，二位四通智能開關(guān)電磁閥接收燃?xì)廨啓C(jī)中央智能控制器的關(guān)閉電壓信號，迅速(≤0.1 s)關(guān)閉智能增壓活門機(jī)構(gòu)的燃油出口通道，打開旁路管接頭的回油路，迅速切斷流向燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃油。

2.6.2 功能特點

圖10中，燃油計量機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計成全電動直驅(qū)式結(jié)構(gòu)，采用稀土永磁爪極電動機(jī)和二位四通智能開關(guān)電磁閥作為驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。將稀土永磁爪極電動機(jī)本體與智能旋轉(zhuǎn)變壓器和轉(zhuǎn)軸伺服閥門同軸設(shè)計成一體，整體防爆固定在支承殼體內(nèi)部，中間沒有齒條減速機(jī)構(gòu)、聯(lián)接件和柔性耦合件，提升了燃油計量精度。將二位四通開關(guān)活門組件與智能開關(guān)電磁閥同軸設(shè)計成整體化的二位四通智能開關(guān)電磁閥，整體防爆固定在支承殼體內(nèi)部，電磁推力較大，直接驅(qū)動二位四通開關(guān)活門上下移動，準(zhǔn)確控制進(jìn)出口高壓燃油的流通渠道，提高了抗污染能力。

2.6.3 智能模式

圖10中，燃油計量機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動、自動定位、自動鎖定、自動反饋和精確計量，全部集成在稀土永磁爪極電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸伺服閥門上，它綜合了以轉(zhuǎn)軸伺服閥門位置控制為特征的燃油計量、全電動起動、燃油旁路、燃油流量控制、故障診斷與預(yù)測等功能，具有“運(yùn)轉(zhuǎn)、關(guān)停、關(guān)停位置和關(guān)停系統(tǒng)”4種智能控制運(yùn)行模式。

3 計算與仿真

3.1 設(shè)計計算

根據(jù)上述某智能燃油計量機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)框架建設(shè)、主要技術(shù)指標(biāo)、智能電動控制器和燃油計量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、功能和原理設(shè)計方案等，針對某智能燃油計量機(jī)構(gòu)的“轉(zhuǎn)軸伺服閥門型孔面積、轉(zhuǎn)軸伺服閥門座彈簧、反饋位置彈簧、增壓活門襯套型孔面積、增壓活門開啟壓力、壓差計量活門彈簧、壓差計量活門開啟壓力、壓差計量活門進(jìn)口型孔面積、壓差計量活門出口型孔面積、二位四通開關(guān)電磁閥活門襯套型孔面積和稀土永磁爪極電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩”等，進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計計算，計算結(jié)果滿足本文2.2技術(shù)協(xié)議要求。

3.2 設(shè)計仿真

根據(jù)某智能燃油計量機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型和有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，建立了某智能燃油計量機(jī)構(gòu)的三維有限元全周期仿真模型(見圖11)。應(yīng)用AMESim及Matlab Simulink分析軟件，進(jìn)行了聯(lián)合仿真分析，從仿真結(jié)論上看，滿足本文2.2主要技術(shù)指標(biāo)要求。

圖11 三維有限元全周期仿真模型

4 樣機(jī)測試

根據(jù)上文所述，按照圖2所示要求，正向設(shè)計走完了“論證階段、方案階段和工程研制階段”所有業(yè)務(wù)流程后，研制出了3臺智能燃油計量機(jī)構(gòu)樣機(jī)。將首臺樣機(jī)安裝在專用性能試驗設(shè)備上，進(jìn)行了直流電信號與燃油出口流量的實測試驗(見圖12)，從試驗結(jié)果上看，滿足了本文2.2主要技術(shù)指標(biāo)要求。將首臺樣機(jī)安裝在半物理模擬試驗設(shè)備上，進(jìn)行了小閉環(huán)(4～20 mA)動態(tài)階躍響應(yīng)實測試驗(見圖13)，其動態(tài)階躍響應(yīng)超調(diào)量σ%≤2.8%，滿足了本文2.2主要技術(shù)指標(biāo)要求。

圖12 樣機(jī)流量特性圖

圖13 樣機(jī)小閉環(huán)(4～20 mA)動態(tài)階躍響應(yīng)曲線圖

5 結(jié)語

應(yīng)用人工智能技術(shù)，按照正向設(shè)計方法，某智能燃油計量機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計成全電動直驅(qū)式智能結(jié)構(gòu)，經(jīng)過數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)框架建設(shè)、三維建模、計算與仿真、智能材料和結(jié)構(gòu)選擇、二維制圖、智能制造和試驗驗證等，研制出了3臺智能燃油計量機(jī)構(gòu)實物樣機(jī)。

樣機(jī)測試結(jié)果表明：1)將稀土永磁爪極電動機(jī)和二位四通智能開關(guān)電磁閥作為驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，應(yīng)用到傳統(tǒng)機(jī)械液壓式燃油計量機(jī)構(gòu)中是可行的，并驗證了本文的正向設(shè)計結(jié)果，滿足了某燃?xì)廨啓C(jī)分布式智能控制系統(tǒng)的燃油流量控制規(guī)律要求；2)將智能材料和智能壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等應(yīng)用到燃油計量機(jī)構(gòu)中，簡化了結(jié)構(gòu)，緊縮了空間，減輕了質(zhì)量，能夠準(zhǔn)確控制進(jìn)出口高壓燃油的流通渠道，提高了抗污染能力，提升了燃油流量控制精度和產(chǎn)品可靠性，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、運(yùn)行可靠和便于計算機(jī)控制等特點。