航天伺服关节轴承压装机的设计

目前伺服机构配套关节轴承的装配主要采用人工使用压力机完成,此方式需考验操作人员的熟练程度,操作依赖性较大,且装配效率较低,无法保证装配质量一致性;为了提高车间生产效率,提高车间自动化生产程度,提出了一种自动进出料的轴承压入工艺方法,即通过依托于三轴传动机械手自动进出料的轴承压入设备,优化传统依靠压力机装配方法。首先,对整体结构进行了设计,并介绍了工作原理;其次,对关键环节进行了研究,并对关键零件进行了校核;最后,对气动回路以及电气控制部分进行了介绍。压入设备工艺方法的提出,对提高车间轴承装配生产效率以及提高产品质量一致性具有重要的意义。

航天机电伺服组合变阻尼滑模控制技术研究

航天机电伺服系统的任务载荷复杂,尤其以摩擦力矩为主要力矩形式的喷管负载稳定性差,导致伺服控制性能出现较大的测试偏差。针对以上问题,推导了航天机电伺服系统带载数学模型,采用位置、转速双环滑模变结构控制策略以提升系统鲁棒性和抗扰能力。其次,为了优化系统动态响应性能,在传统指数型滑模趋近律的基础上,提出一种组合变阻尼滑模趋近律。仿真结果表明,所提出的组合变阻尼滑模控制算法具有更短的趋近时间和更小的抖振幅度,动态过渡过程更加平滑,进一步缓解了系统调节时间与超调量的矛盾,并且明显改善了系统频域性能,有效提升了系统频宽及相频特性的一致性。

航天伺服电位计压装工艺技术研究

由于航天伺服机构结构紧凑,结构定制化特点鲜明,壳体多为异形,装配操作困难,电位计的装配过程易产生不可检测的质量问题,导致电位计失效。该文通过对伺服机构产品故障进行工艺分析,提出有效的电位计安装工装,并对电位计销子与联轴器过盈压装进行有限元仿真分析和试验验证,得到了压装力和过盈量的工艺指导范围。研究成果对伺服机构盲装工艺改进、过盈联接结构设计及装配工艺具有一定的借鉴意义。

高品质航天伺服产品及其实现途径探索

伺服机构作为航天器控制系统的重要组成部分,有力地支撑了中国航天重大型号任务。通过回顾航天伺服产品的不同发展道路,规划了航天伺服产品3个不同发展阶段,阐述了高品质航天伺服产品稳定性、一致性和可靠性3个核心要素的内涵与关系,提出了在基础研究、数字化研发体系转型和探索飞行控制执行新原理等方面的创新发展重点,为中国航天伺服产品高品质的实现提供探索途径。

快速温升下的航天电液伺服系统在线校正方法

针对航天电液伺服系统在飞行工况中静、动态特性均受到快速温升影响的问题,提出一种控制参数在线校正方法。以柔性喷管推力矢量伺服系统为研究对象,建立伺服系统的数学模型;通过仿真分析研究关键精密部件伺服阀在不同温度时的频率特性;基于油温变化对伺服阀的影响分析,研究伺服系统受温度影响时控制性能的变化;根据不同油温对控制网络参数进行在线校正,可以保持系统动态特性的稳定。仿真结果表明:该方法可以降低快速温升对伺服系统频率特性产生的影响,使系统抵抗温度扰动的能力增加了56%。

基于干扰观测器的机电伺服系统PI控制策略

空气舵机电伺服系统的主要任务是接收控制指令,并驱动负载按指令角度摆动,在各类航空航天飞行器中具有越来越广泛的应用价值。然而在运行过程中存在的未知干扰给机电伺服系统高精度控制带来了巨大挑战。针对这一问题,提出基于干扰补偿的空气舵机伺服系统控制策略。首先进行空气舵机电伺服系统模型分析,其次运用径向基函数设计神经网络的状态观测器,将不可测量的舵面角度用估计值替代进行反馈控制,最后应用Lyapunov方法分析了有限时间收敛条件。仿真结果表明:与传统电机角度反馈相比,所提出的控制策略使空气舵机电伺服系统的稳态误差减少97%以上。

航天伺服超高速涡轮泵转子动力学特性研究

为研究航天伺服系统用小型超高速涡轮泵工作过程中的振动特性,针对涡轮泵的轴系进行转子动力学分析。使用有限元软件ANSYS进行APDL参数化建模仿真的方法,计算了转子的临界转速、模态振型。对转子不平衡质量力在多种分布条件下的动力学响应进行研究,得出轴系最佳响应对应的不平衡质量力分布方式,以及在二阶临界转速下涡轮泵轴系的振动及支承反力控制方法,具有工程应用价值。

伺服传感器抗干扰与融合滤波技术研究

针对大功率机电伺服系统中电磁干扰导致伺服位移传感器数据采集不准确的问题,分析和实现了线位移传感器差分抗干扰技术和基于互补滤波的机电伺服系统传感器数据融合滤波技术。该技术将传统线位移传感器输出改进为差分信号,并将线位移传感器采集的伺服位移数据与电机转速数据进行融合,从而获得动态响应好、数值可靠的伺服位移信号。通过在现有机电伺服系统中实现并取得试验数据,验证了该技术的有效性。

伺服控制驱动模块热学仿真分析和散热系统设计

伺服系统采用作动器与驱动控制深度集成的一体化机电伺服系统方案,将控制、驱动、电机、传动机构进行深度集成。这就使得伺服系统的散热条件更为恶劣,尤其是内部功率驱动模块在大功率输出时的散热是系统可靠性工作的基础。为验证伺服系统散热方案的正确性和合理性,本文基于伺服控制驱动模块热学仿真和散热系统设计,通过仿真分析和试验验证,表明伺服系统采取的热控方案合理可行,可以满足伺服系统正常工作热控需求。

基于集成逆变桥的微小型双路伺服控制驱动器设计

本文针对现有伺服控制驱动器多体积较大、不够紧凑的问题,以及反馈源较多的问题,设计了一种基于集成逆变桥的微小型双路伺服控制驱动器。产品使用TI公司的集成逆变桥芯片DRV8332作为驱动电路,使用陀螺仪作为角位置及角速度反馈源,通过位置环、速度环闭环及速度控制函数、力矩控制函数、三相正弦配置函数,实现了双路永磁同步电机的伺服控制,可应用于对于体积、重量较为敏感的小功率伺服电机控制场合中。

一种用于交流伺服系统的电源变换器

为了解决因传统交流伺服系统引起的电网“污染”问题,以及增强系统的抗电磁干扰能力,因此,根据设计输入指标的要求,提出了有源功率因数校正与LLC半桥拓扑相结合的方案,并且基于PSIM仿真软件搭建了电源系统仿真平台,完成了输出1 000 W/48 V工程样机研制。试验结果表明,该设计不仅可以有效地提高输入功率因数,而且可以增加电源系统工作效率,此外,由于后级采用隔离变压器,将输入与输出隔离,因此可以减少电磁干扰对控制驱动器的影响,大大增强了交流伺服系统的可靠性。

PMSM伺服系统线性自抗扰控制器的参数整定

当自抗扰控制器在工程中应用时,控制器性能和参数整定难易决定了其可推广性.本文阐述了一种将PI控制器改造为线性自抗扰控制器(LADRC)的方法,并给出了参数整定规则.首先,本文对于永磁同步(PMSM)伺服系统“位置–速度–电流”三闭环控制建立了“P+P/I+P/I”结构的控制模型,并通过极点配置的方法将控制器参数整定转换为位置环和速度环的带宽设计.其次,本文将积分(I)替换为线性扩张状态观测器(LESO),从而将PI控制器改造为线性自抗扰控制器.对LESO同样通过极点配置将参数整定转换为LESO对外扰观测的带宽设计.这样将LADRC控制器中的7个待整定参数转换为3个物理意义明确的待整定参数,降低了参数整定难度.最后本文通过仿真和实验的方法对控制器的快速性和鲁棒性进行了验证.

运载火箭发动机引流发电技术研究

提出了一种从发动机引流发电的原位电能获取技术,即从动力充沛的发动机处引流高压燃料,经能量转换装置发电后返回发动机。该技术可以大幅度减轻电源系统质量。以1200 kN液氧煤油发动机应用为例,研制了35 MPa恒速发电机和整流变换的轻质化原理性样机,搭建了驱动双摆电静压伺服机构的试验系统。测试结果表明:该系统可以满足额定270 V、峰值40 kW的伺服系统高压大电流瞬时用电需求,也可以满足28 V一般箭载电子设备用电需求。该技术有望为未来运载火箭设备多电化/全电化提供一种轻质化、高安全性、大功率的电源方案。

旋转直驱伺服阀用有限转角电机的设计与研究

针对旋转直驱伺服阀的工作特性,设计了一种有限转角电机,该电机仅在一定转角范围内摆动定位。通过等效磁路法讨论了该电机的矩角特性。基于Maxwell有限元软件对有限转角电机的矩角特性、转矩特性和霍尔传感器感应磁场进行了有限元分析。实验结果和仿真结果基本一致,表明该有限转角电机转矩大(大于57 mN·m),且在±10°转角范围内的转矩波动小(仅为4.3%),可用作旋转式直接驱动伺服阀前置级驱动。

一种高转速小排量伺服电机泵性能研究

伺服电机泵是电静压伺服机构能源转换、传动和控制装置,对整机性能有决定性影响。提出了一种高转速小排量伺服电机泵设计方案,转速最高达20000 r/min,运用Ansoft、Pumplinx及AMEsim软件进行磁、流及综合性能仿真,分别获得伺服电机最大工况点仿真数据、不同转速下泵转子组件摩擦搅油损耗及最大工况点AMEsim系统仿真数据。搭建试验系统,完成不同工况下的性能测试,得出不同转速空载及15000 r/min下不同压力负载试验数据,并分析了影响性能的主要因素。结果表明:该种伺服电机泵能够较好地满足瞬时高过载等应用要求,对于高速及高压等高工况,摩擦和搅油损失及高速电机铁芯损耗是影响性能的主要因素,提出了结构优化和改进方向。

液动机引流式液氧煤油运载火箭推力矢量伺服控制系统

针对中国新一代系列运载火箭各级液氧煤油发动机的推力矢量控制需求,创新提出了液动机引流式伺服动力能源技术方案,研制了满足中国1200k N和180k N液氧煤油发动机的两型5种规格伺服机构,解决了高可靠系统架构设计、高集成伺服动力能源、伺服控制动态特性优化、长时免维护等难题,与国外直接引流式伺服技术方案相比,接口简单,实现了伺服机构与发动机工作介质有效隔离,使用维护性显著提高。产品通过与发动机联合热试车、耐环境、可靠性增长、可靠性强化等试验考核,首次应用于飞行试验,可满足同类液氧煤油发动机运载火箭使用需求。

基于机械参数辨识的永磁同步电机驱动系统速度环自调试方法

针对永磁同步电机驱动系统在速度控制器未整定时辨识机械参数无法稳速控制的问题,采用了以bang-bang控制器控制转速的控制框架规避了参数辨识过程中的控制器盲调,并据此提出一种基于周期采样数据复频谱分析的伺服系统机械参数辨识方法,同时能够快速辨识伺服传动系统的转动惯量、粘滞摩擦系数及库伦摩擦转矩。基于机械参数辨识结果设计了一种速度环PI参数自整定方法,根据速度环设计的期望相角裕度和开环截止频率自动实现速度环PI参数的计算。整个过程由伺服驱动器自动完成,实现了驱动器速度环的自调试。通过速度环正弦响应和阶跃响应实验验证了本文提出方法的有效性,实验结果显示,转动惯量和粘滞摩擦系数的辨识误差不超过3%,且整定后速度控制性能符合预期。

采用LVDT位移传感器的高温阀位置伺服系统设计

为解决传统数字阀驱动复杂、控制器体积大、可靠性差等问题,设计了一种高温阀位置伺服系统控制器。该控制驱动器采用LVDT位移传感器进行高温阀阀芯位移的检测,通过控制前置级偏心拨杆阀,实现对主功率级高温阀的位置控制。介绍了伺服系统的总体方案、硬件设计、Simulink仿真模型,控制技术等,并对系统样机进行了实验。证明了该伺服控制器体积小、动态高、分辨率高,实现了对高温阀流量输出的精确控制。

差速器式双余度机电伺服系统的模式切换研究

研究了在一通道发生故障时,10 kW级差速器式双余度机电伺服系统的模式切换和故障重构过程。通过仿真对比了主-主工作模式和主-备工作模式时系统的暂态特性和频率特性参数;分析了主-主切换模式和主-备切换模式的正弦切换过程;并通过试验实现了在零位时和最大位移时的正弦切换曲线。仿真对比发现,与主-备工作模式相比,主-主工作模式的暂态特性和频率特性的参数更优;试验结果与仿真结果趋势一致,与在最大位移处的切换过程相比,在零位时切换的切换时间和振荡过程更长。因此,对于只有摩擦和惯量的被动负载的10 kW级机电伺服系统,无论采用哪种切换模式,都能实现可靠切换。

一种小型轻质化高动态伺服机构

介绍了一种小型轻质化高动态伺服机构,针对航天飞行器小型化和高工作性能的要求,对伺服机构进行了小型化、轻质化计,采用永磁同步电机与传动机构平行式布局方案和壳体精细化的减重槽设计,以降低结构质量;通过侧壁安装的方式和混装电连接器等外部接口优化设计,降低了伺服机构的外形尺寸;采用位置-速度-电流环的三环控制与限波补偿控制策略相结合的控制方式,在实现伺服机构高动态响应的同时保证稳定性。通过理论分析和试验验证,该伺服机构方案设计合理、可行,满足安装空间和外形尺寸要求的同时,实现了高动态响应。