基于符号键合图的电静压伺服机构多故障诊断研究

针对电静压伺服机构(EHA)服役时存在多种故障且难以诊断的问题,提出了一种考虑参数贡献度的符号键合图(SBG)故障诊断方法。首先,根据EHA工作原理与键合图理论构建了键合图模型,设定了系统参数数值及分布标准差,再利用键合图模型推导了其解析冗余式(ARR),并构建了故障特征矩阵,将键合图模型转换为符号键合图模型,根据符号键合图元件之间的因果关系和一致性路径,推理出了EHA可能故障集;然后,定义并计算了EHA系统参数贡献度,筛选出了高贡献度系统参数,对可能故障集中难以引起解析冗余式残差数据变化的低贡献度系统参数进行了剔除,缩小了可能的故障参数范围;最后,利用键合图仿真软件20-sim,通过改变EHA中Q轴电阻与电机磁通链的数值,进行了多故障仿真实验,对所提多故障诊断方法进行了验证。研究结果表明:当EHA发生多故障时,将剔除低贡献度系统参数的可能故障集同传感器数据、解析冗余式残差数据进行结合,能准确诊断出预置的两个高贡献度故障参数,相比于常规SBG故障诊断的可能故障集,能更准确地锁定EHA系统故障参数。

导引头伺服机构冲击环境动力学响应特性分析

导引头伺服机构是制导武器的关键核心部件,其在复杂严酷力学环境下,动态性能的优劣直接影响武器的制导精度。针对精密导弹伺服机构在高可靠、高精度指标下对动态性能与稳定性提升的工程需求,本文研究导引头伺服机构冲击环境激励动力学响应特性。首先,采用有限元法,建立导引头伺服机构的有限元仿真模型;其次,基于瞬态动力学理论,运用完全法进行冲击响应求解,分析其在不同方向的冲击动力学响应,得到局部刚度较差的关键薄弱位置,再次,对不同冲击参数和阻尼系数下的结构冲击响应进行分析,得到冲击响应的参数影响规律;最后,针对伺服机构关键薄弱环节弧形齿轮进行应力分布分析,研究轴承支承参数对弧形齿轮的影响规律。结果表明:弧形齿轮支承轴承越靠近右端效果越差,同时也间接影响了弧形齿轮的最大等效应力分布。本文研究可为航天精密伺服机构的动态性能优化与装配参数控制提供参考指导。

一种便携式导弹电液伺服机构动态测试系统设计

针对现有导弹测试设备存在的装备体积大、结构复杂、维修困难、测试时间长等突出问题,提出一种基于PCI总线和虚拟仪器技术的便携式测试系统设计方案;在分析电液伺服机构工作原理基础上,推导建立其数学模型;根据伺服机构动态测试需求,完成测试系统硬件设计和选型,按照“模块化、标准化、小型化”的原则,采用工控机控制PCI-1742U多功能数据采集卡实现测试过程中的信号激励和采集;基于Visual Studio软件开发平台,编制动态测试软件,实现测试过程中激励信号参数设置、数据采集、信号处理以及数据管理等功能;最后通过基于正弦相关分析法和基于chirp信号的测试方法的仿真测试实验分析了采样频率对测试结果的影响。

伺服机构模型参数辨识方法研究

主要研究了某型伺服机构模型在频率域的辨识方法。根据实测的伺服机构幅、相频率特性 ,采用了改进的levy曲线拟合辨识方法 ,得到了伺服机构传递函数模型 ,并对辨识结果进行了误差评估。结果表明 ,该方法简单、有效 。

驱动大惯量低刚度负载的推力矢量控制电动伺服机构的μ综合鲁棒控制

针对电动伺服机构存在的由参数摄动和建模误差引起的不确定性问题,应用μ综合理论研究一类用于驱动大惯量、低刚度负载的飞行器电动伺服机构的鲁棒控制技术。为了解决该类电动伺服机构按照单自由度系统建模会产生较大偏差的问题,通过对推力矢量控制电动伺服机构的动力学分析,建立其2自由度数学模型。针对被控对象位置指令跟踪和力矩干扰抑制的性能要求,通过处理参数摄动和建模误差设计μ综合控制器,并提出一种加权函数的优化设计方法。利用Matlab软件对μ综合控制器在系统标称和正反向最大摄动三种情况下的控制特性进行仿真研究,并将μ综合控制器与H∞控制器进行比较。仿真结果表明对该类伺服机构而言,所设计的μ综合控制器有效地克服了H∞控制器的保守性,能使闭环系统既具有良好的性能鲁棒性,又满足了控制系统的动态性能指标要求。所提出的加权函数的优化设计方法有利于鲁棒控制技术在工程上的应用。

质量不平衡力矩对导引头伺服机构性能影响分析

摩擦力矩、导线干扰力矩和质量不平衡力矩等各种非线性因素会对导引头的性能产生严重影响,国内外学者对导引头摩擦力矩和导线干扰力矩做了大量分析,而对质量不平衡力矩研究甚少。为了研究导引头伺服机构质量不平衡力矩的传递机理及其对平台速度稳定性能的影响,以两框架导引头伺服机构为对象,利用欧拉角坐标变换方法和刚体绕动点转动的动量矩定理建立了完整的运动学和动力学模型。在此基础上,针对某导引头样机,首先分析了框架转动中心与导弹质心距离以及框架质心偏心距离对质量不平衡力矩的影响;然后分析了质量不平衡力矩对平台稳定回路性能的影响。结果表明:当框架转动中心与导弹质心距离和框架质心偏心距离较大时,质量不平衡力矩会严重影响平台的稳定性能,设计时必须重点考虑。

快速刀具伺服机构研究进展

快速刀具伺服机构(FTS)是非圆数控车削和非轴对称车削的一项共同的关键性技术。论述了FTS的发展历程、结构特点及性能指标。详细介绍了压电陶瓷FTS、磁致伸缩FTS、洛仑兹力FTS、麦克斯韦力FTS的国内外研究情况,阐述了它们的原理、结构、性能优缺点及应用情况,并给出了FTS用于非轴对称光学元件车削的实例。指出超高频响(大于1000Hz)短行程(小于100μm)的FTS是当今研究热点,压电陶瓷FTS和麦克斯韦力FTS都可以实现较高频响,其中麦克斯韦力型FTS是可实现超高频响的一种全新类型的FTS。

伺服机构负载模拟系统设计与动态特性分析

针对火箭发动机喷管伺服机构的负载模拟问题,采用机械的方式,设计了一种可对伺服机构的惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、安装刚度以及发动机喷管柔性特征进行模拟的负载模拟器,并建立了模拟器和伺服机构数学模型.仿真分析了惯性负载、弹性力矩以及喷管柔性对伺服机构负载多自由度特性的影响.通过对伺服机构扫频实验,负载模拟器中的负载在一定范围内调节,可复现伺服机构实际工作中的动态特性.说明该负载模拟器结构设计合理,从而为具有多自由度特性的火箭伺服机构的负载模拟系统设计提供参考.该系统已经得到实际应用.

我国载人运载火箭伺服机构技术发展分析

研究了国内外载人运载火箭伺服机构技术的发展现状和趋势,分析了我国未来载人型号伺服机构可行方案,提出了大功率、四余度和新型机电控制等伺服机构技术重点发展方向,以及新型伺服能源和新型伺服机构多余度设计等创新重点。

电液伺服机构故障树分析

为提高某型号装备中电液伺服机构的可靠性水平,通过分析该电液伺服机构的组成和失效情况,以电液伺服机构不能正常工作为顶事件建立了故障树,并对故障树进行了分析,得出了故障树的最小割集;给出了影响电液伺服机构正常工作的各失效因素及其逻辑关系;同时,依据对结构函数的简化,建立了与工程实际较为接近的电液伺服机构可靠性模型。研究结果表明,该模型为对电液伺服机构进行可靠性试验、评价和设计提供了依据。

GEO星载激光通信终端二维转台伺服机构热设计

星载激光通信终端二维转台伺服机构是一种高精度指向调节机构，工作时对温度场稳定性及均匀性有较高要求，空间热环境剧烈变化是诱导其温度波动的外因。为达到在轨温度场精稳控制，提出了一种GEO星载经纬仪式激光通信终端二维转台伺服机构温控方案，通过机电热一体化结构设计选材、主动跟踪控温、散热及隔热设计等技术途径，实现了空间大尺寸的高精密二维转台伺服机构温度场稳定性与均匀性的精稳控制，并经过热试验与热分析综合验证，结果表明：工作轨道全寿命期间，伺服机构核心部件温度稳定控制在22.3～34.6℃范围内，温度场均匀性可控制在4℃以内。

某型航天器推力矢量控制伺服机构的设计理论

针对某型航天器对伺服机构的要求,设计了推力矢量控制伺服机构.通过比较液压、气动和电动3种类型伺服机构的特点,选择了电动伺服机构.研究了包括机电作动器设计、驱动控制技术和冗余技术等电动伺服机构的3项关键技术.建立了双冗余电动伺服机构的二自由度动力学模型,对其动态性能进行了仿真研究.理论分析和仿真结果证明:电动伺服机构的方案设计合理可行,不仅满足航天器高可靠性、良好维护性等基本要求,而且满足控制系统的动态性能指标要求.

运载火箭大功率多余度电静压伺服机构技术研究

针对新型运载火箭对大功率推力矢量控制的需求,提出了大功率多余度电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuators,EHA)技术方案,研制了双余度原理性样机进行技术验证。采用高集成一体化的模块化设计,伺服电机泵并联实现大功率输出,单个伺服电机泵满足基本摇摆功能,同时实现一度故障容错能力。建立了伺服系统控制模型,进行了数学仿真分析,完成了样机设计制造和大惯量负载试验研究,-45°相频带宽达到25.8rad/s,质量仅65kg,动态性能好,功重比高,验证了中国未来三或四余度等更高余度等级和更大功率级别的航天电静压伺服机构的技术可行性。

活塞环非圆轮廓数控仿形加工系统及伺服机构设计

本文简要综述了国内外活塞环理论研究及加工技术的发展状况，介绍了活塞环加工的一种新的方式和技术──活塞环非圆轮廓数控访形加工系统的构成和工作原理，详细论述了其伺服机构的设计，最后给出了实验结果。

运载火箭伺服机构故障检测与诊断的扩展多模型自适应方法

针对运载火箭伺服机构故障,提出一种基于扩展多模型自适应估计的故障检测与诊断算法。建立考虑伺服机构故障的运载火箭姿态动力学模型;将故障角度作为状态变量得到增广状态空间模型;利用扩展卡尔曼滤波器进行状态向量和故障参数的非线性估计,并基于传感器测量数据采用假设检验算法在线计算故障发生的概率;给出基于扩展多模型自适应估计的故障检测与诊断算法流程。仿真结果表明,该方法在无故障时可对伺服机构进行健康监测;在单台伺服机构故障下,可以及时准确判断出哪一台芯级伺服机构发生故障,并可准确估计出伺服机构故障下的发动机摆角角度。

液氧煤油载人运载火箭二级伺服机构系统方案

介绍拟用于我国未来液氧煤油载人运载火箭的二级伺服机构系统设计方案研究。通过需求分析和研究国内外情况,提出了"三余度数字控制和液压能源并联冗余"的高可靠系统架构、简便的"空中冷起控"方案和新规格的"煤油液动机"动力方案,以及一型新的完全整体化自足式伺服机构结构方案,并进行了分析。结果表明,方案可满足高可靠度等指标要求,并具有使用和维护方便等突出特点。

伺服机构综合负载模拟试验系统

针对大型运载火箭伺服机构所受实际负载情况,提出了一种综合负载模拟系统,能够模拟惯性、弹性、摩擦和常值负载。其中惯性负载、弹性负载以及伺服机构的柔性安装基础采用机械结构模拟,摩擦负载和常值负载采用液压系统来实现。分别对伺服机构、液压加载系统以及柔性结构进行建模,并以此为基础构造了系统的综合数学模型。仿真表明,该系统能够复现伺服机构实际工况下的负载特性,加载多余力也能得到很好的抑制。建立了负载模拟试验系统,实现了对各种负载及谐振特性的模拟,为伺服机构的地面测试和深入研究提供必要的实验基础。

一种机电伺服机构数字化设计集成优化技术及应用

以航天机电伺服机构为应用对象,给出机电伺服机构集成优化系统的开发背景,提出涵盖机电伺服机构总体、结构、控制3个专业的集成优化系统开发方案;研究基于流程集成及设计优化环境(ModelCenter)的机电伺服机构设计常用数字样机软件(包括Pro/E,ANSYS,ADAMS,AMESim)的包装技术;针对某机电伺服机构总体参数设计问题,提出两种优化方案,并对优化结果进行对比,给出机电伺服机构集成优化系统的关键技术及应用情况。

伺服机构导管振动疲劳失效分析

针对伺服机构导管根部出现疲劳裂纹问题,建立导管振动力学模型,利用振动理论分析导管振动响应机理。采用有限元模态分析获得导管固有频率,计算脉动压力激振下的导管根部振动响应结果。加载焊接残余应力后,利用Goodman模型修正循环应力,得到振动疲劳失效数据。结果表明,导管固有频率与液压脉动激振频率相近,导致在压力脉动激振作用下导管根部产生较大弯曲应力,残余应力与压力脉动共同作用下,造成导管根部疲劳失效。依据研究成果,提出改进措施,并完成试验验证。

微进给伺服机构的在线误差前馈补偿

针对微进给伺服机构的基本特性，采用PID校正控制和前馈补偿控制。在此基础上，为进一步减小微进给伺服机构的跟踪误差．提出在线误差前债补偿控制方法。理论分析证明，该方法可以提高微进给伺服机构的控制精度而不影响系统的稳定性。实验结果表明，采用这种误差补偿方法，系统控制精度可以达到±3μm。