基于仿真离散数据的偏转板射流式伺服阀液动力计算方法研究

基于偏转射流式伺服阀工作机理,提出关于其动态特性分析及前置级液动力计算检测的问题。建立关于力矩马达、射流盘前置级以及功率滑阀三部分的完整伺服阀动态模型,确定前置级液动力的近似公式,并对整阀特性进行频率分析,验证了数学模型的正确性;建立伺服阀前置级内部的二维流场模型,并基于流场仿真所获得的离散数据,给出两种可用于计算稳态液动力的方法,即动量定理法和压差法,通过计算某型伺服阀的液动力,验证上述两种方法能够相互印证;设计并实现了一种双自由度的液动力测试平台,实现了对液动力的间接测试。结果表明,采用动量定理法和压差法计算得到的液动力值,与其近似计算公式以及试验结果一致,证明了提出的液动力计算方法与测试系统均具有可行性,为此类伺服阀的改进与优化提供了技术支撑。

偏转板射流式伺服阀前置级液动力计算方法研究

针对偏转板射流式伺服阀前置级液动力的计算与检测问题,提出了基于矩形喷口和接收器的前置级节流模型,推导得出了液动力简化计算公式。从射流角度出发,建立了伺服阀前置级的二维流场模型,提出了两种基于仿真离散数据的稳态液动力的计算方法,即动量定理法和压力差法,进行了某型伺服阀的液动力计算。设计了前置级液动力的自动化测试系统,实现了对液动力的测量。仿真与试验表明,理论公式、基于离散数据的数值计算以及试验结果基本一致,从而为此类伺服阀的开发与优化提供了可行的方法和技术。

空间对接半物理仿真原型试验系统

为研制用于对接机构地面测试的空间对接半物理仿真系统,建立能够体现其主要功能的原型试验系统。试验系统通过六维力传感器检测对接机构模拟元件的相互作用力和力矩,根据所建立的航天器动力学模型实时解算对接过程中两航天器的相对运动,并由6自由度运动平台模拟被动航天器来实现此相对运动。针对此原型试验系统,提出系统的动力学解算方案并据此构建动力学仿真大回路,着重对大回路仿真系统的稳定性进行分析,得到稳定性条件,讨论运动平台滞后对仿真的影响和解决方法。在此基础上,用所研究系统成功地模拟了航天器对接的全过程,从而为实际空间对接半物理仿真系统提供了必要的设计依据。

基于Widrow-Hoff学习算法的液压协调加载控制策略研究

针对多点动态加载系统中多路液压伺服系统特性不一致造成的响应不同步问题,提出一种基于W idrow-Hoff学习算法的液压伺服系统协调加载控制策略,通过迅速地调整伺服系统输入正弦信号的幅值和相位,使多路系统的响应在短时间内与设定信号相一致并协调动作。将此算法应用于实际加载系统,试验证明能够有效地控制多路液压伺服系统的协调动作,从而达到多点协调加载的目的。

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。

基于三坐标测量仪的Stewart平台标定技术

针对空间对接半物理仿真系统中Stewart平台的运动精度问题,提出一种基于三坐标测量仪的低成本标定方法。利用通用的三坐标测量仪获取运动平台的位姿信息,构造一个统一度量的残差方程,辨识出运动平台的几何参数并进行误差补偿。此方法的特点是能够保证所有几何参数的可辨识性,不再需要设计和加工专门用于标定的各种辅助机构和冗余传感器,具有较强的通用性和可操作性。本文阐述了该标定方法的标定过程,对残差方程的构造方式进行了讨论,仿真表明标定后平台的运动精度能够达到测量噪声的量级。最后将此方法用于某实际运动平台的标定,经过误差补偿后其精度提高了5倍以上。

基于外部坐标测量的六自由度并联机构标定方法

针对六自由度并联机构校准精度问题,提出了一种基于外部坐标测量的标定方法。利用通用测量设备测量并联机构的位姿信息,构造一个统一度量的残差方程,其构造方式保证了所有几何参数的可辨识性,从而不再需要设计和加工专门用于标定的各种辅助机构和冗余传感器。在此基础上,通过对冗余方程组的优化求解,可以得到并联机构各参数的估计值,并用它们替代理想参数进行反解运算,实现误差补偿。仿真表明,此方法能够抑制测量噪声的影响,发挥并联机构不存在误差累积的特性,标定后并联机构校准精度能够达到测量噪声的量级。最后将此方法应用于实际设备的标定,经过误差补偿后其精度提高了5倍以上。

电液伺服系统综合负载模拟器仿真与试验研究

针对电液伺服系统中存在的柔性环节,提出了一种综合负载模拟器,在对伺服机构安装基础和负载的柔性特征进行模拟的基础上,进行惯性、弹性、摩擦和常值负载的加载。该系统采用机械机构来模拟柔性安装基础、柔性负载以及惯性和弹性负载,摩擦负载和常值负载则采用液压系统来实现。仿真和试验表明,伺服机构安装基础柔性在频域上将产生主谐振峰,负载柔性将产生附加的扰动谐振峰,而较轻的缸筒在高频段也将产生一个谐振峰。由于柔性结构的存在,采用液压系统进行加载时,可以把活塞杆的绝对速度用于多余力抑制。

基于六自由度并联机构的轨道板精调系统定位算法

针对客运专线CRTSⅡ型轨道板的定位精度要求,提出采用六自由度并联机构作为铺设轨道板的定位机构,构造了相应的轨道板定位算法.依据全站仪对板上棱镜位置的测量结果,通过矩阵分析的方法辨识出精调系统车体坐标系和轨道板坐标系,再根据轨道板的目标位置,计算并联机构的调整量并实现一次性精确定位.试验结果表明:采用此方法轨道板的定位误差能够不大于0.3mm,满足了施工技术要求.

可移动六自由度并联机构的位姿参数辨识及误差分析

针对可移动的空间六自由度并联机构的位姿辨识问题,通过测量多种位姿状态下运动平台上任意一个测量点的绝对坐标,构建运动学方程组并进行优化求解,实现了未知方位的并联机构位姿参数辨识以及测量点在动系中的坐标辨识,再根据测量点的目标位置,求解出各驱动杆的调整量,从而实现并联机构位姿的运动控制。采用Trust-Region Dogleg优化算法实现了冗余方程的求解,并且通过实验进行了验证。仿真和实验表明,对测量点坐标的辨识精度高于对并联机构自身位置的辨识精度。当并联机构自身运动误差不大于0.02 mm时,运用此方法并联机构在绝对坐标系中的定位误差能够控制在0.3 mm以内。

六自由度运动模拟器的动感模拟算法研究

为了模拟运动对人产生的影响,针对已建成的大型六自由度运动模拟器,建立了复现运动加速度的基 本处理方法,研究了相应的动感模拟算法,并对一组真实的舰船运动数据进行了仿真和实验,验证了文 中的算法,提高了系统的运动模拟能力。

双喷嘴挡板伺服阀非线性建模及其线性化

为从理论上研究喷嘴挡板伺服阀控电液伺服系统的动静态性能,需要建立较精确的电液伺服阀数学模型。考虑伺服阀喷嘴挡板处阀口流动等非线性因素影响,分析电液伺服阀的电信号输入到阀芯位移的输出特性,建立双喷嘴挡板两级伺服阀的非线性数学模型以描绘实际系统;根据实际模型特点,采用输入/输出线性化方法中的非线性状态反馈变换获得局部线性化模型,并通过分析系统零动态稳定性,从理论上证明了线性化模型的有效性。以常规泰勒展开线性化为对象,对提出的输入/输出线性化模型的精确性进行相应的仿真和实际试验对比。结果表明,该方法所建模型更接近实际系统,具有较强的鲁棒性,可用于精确分析实现阀控液压伺服系统的动静态性能。

阀控非对称缸位置系统的非线性建模

针对伺服阀控非对称液压缸系统存在的非线性特性,根据液压系统工作原理,应用功率键合图建模理论,建立了阀控非对称缸位置系统的键合图模型.通过模型仿真及试验结果对比,验证了模型的准确性,为应用各种控制策略改善系统性能提供了理论基础.

偏导射流式伺服阀前置级流场建模及特性分析

针对偏导射流式伺服阀前置级的复杂结构对其内部流场及特性的影响,本文提出了一种基于附壁射流理论的前置级流场模型,对油液在射流盘内的整个流动过程进行了完整的分析计算,得出了表征射流附壁特性的理论表达式,并基于实际的偏导射流伺服阀前置级结构尺寸,推导了前置级压力增益的理论计算公式。计算了前置级射流流场的附壁特性,并建立流场二维网格模型,对其附壁现象进行了数值模拟与分析对比;对影响前置级压力增益的因素进行了仿真验证;设计了压力增益测试试验,能够间接测得前置级的压力增益值。结果表明,理论计算、数值模拟及试验测试三者结论一致,证明了应用附壁射流理论对前置级流场进行建模的合理性,确定了影响此类伺服阀前置级压力增益的关键结构参数为:射流盘接收器入口间距、偏转板导流槽侧壁倾角以及偏转板距射流盘喷口侧的间距,为此类伺服阀的结构优化及性能改善提供了技术支撑。

多尺度直线拟合法在时间序列突变点检测中的应用

在电液伺服阀的测量和筛选过程中,为进行伺服阀死区和分辨率的测量,需要检查数据序列中的突变点。目前突变点的主要检测方法有Mann-Kendall算法、累积和控制图(CUSUM)算法、最小均方差(MSE)法、小波变换法等,但这些检测方法均有一定的局限性。为此提出了一种多尺度直线拟合法,采用变换拟合尺度逐步逼近的方式来检测突变点。将时间序列按给出的初始长度计算法划分为若干段,每一段用最小二乘拟合的直线代替。比较相邻拟合线段的斜率,其中斜率变化最大的两段线段之内存在突变点。在该两段线段的范围内缩小拟合尺度,继续使用上述方法进行查找,直至拟合尺度收敛为1,此时斜率变化最大的点即是原时间序列的突变点。将该检测方法同其他方法进行比较,并在伺服阀测试系统和故障检测信号中进行实际应用,验证了该方法在查找突变点时的准确性、针对复杂信号时的有效性和计算效率上的优越性。

偏导射流伺服阀建模及动态特性研究

为研究偏导射流液压放大器内部结构与伺服阀动态性能的内在联系,分别建立力矩马达、偏导射流液压放大器、功率级液压放大器的解析数学模型。分析接收口的复杂流动情况,提出一种简化的前置级液动力计算方法。构造偏导射流伺服阀完整模型,揭示射流口宽度、射流盘厚度及喷射口宽度对伺服阀动态特性的作用机理。针对整阀动态特性的漂移问题,探究了偏导射流前置级流量增益的非线性变化规律及其对动态特性的影响规律。仿真和试验结果表明,该数学模型能够有效地复现实际伺服阀动态特性,可为偏导射流伺服阀的设计和优化提供理论基础。

基于矢量匹配的扰动力矩消除方法

随着电机制造和驱动技术的不断发展,在航空航天器舵机地面测试中电机正在逐渐替代液压装置,并成为中小功率负载模拟器的首选驱动部件。由于电动、液压系统数学模型间存在相似性,将液压系统阀控缸模型特征方程的分解方法引申到电机加载系统模型的分解中,得到了电动负载模拟器结构参数与位置扰动力矩频域特性的对应关系,这个方法可称为电-液等效法。针对电动负载模拟试验中常用的扫频试验,提出了基于幅相辨识和遗传算法的矢量匹配法以消除扰动力矩。通过AMESim仿真和电动负载模拟试验台上的验证表明,矢量匹配法可将加载力矩控制误差的标准差控制在该电动负载模拟器额定加载范围(±15 N·m)的1%以内。该方法较之其他方法具有适应能力强、简单灵活等优点,可大大提高负载模拟器在正弦位置扰动下的加载精度。

偏转射流式伺服阀研究综述

介绍了近15年针对传统结构偏转射流式伺服阀的动态性能及其前置级流场特性的研究进展.论述了近几年内偏转射流式伺服阀结构的改进与优化、射流盘加工工艺及检测手段的改善.探讨了不同新型材料在改善此类伺服阀静动态性能中的应用.偏转射流式伺服阀在温度因素影响下的热特性研究及在前置级冲蚀磨损效应影响下的性能改善和寿命预测将是未来的重要研究方向.

多自由度伺服机构负载模拟系统建模与实验研究

针对运载火箭推力矢量伺服控制系统的负载模拟问题,分析了负载的多自由度特性,提出一种负载模拟系统结构并建立了数学模型。仿真结果表明,模拟系统中负载位置输出的动态特性与实际伺服机构负载的动态特性具有一致性。通过原理性实验,在负载的扫频实验中成功体现了负载的多自由度特性。仿真和实验结果证明了此种负载模拟原理的可行性。该负载模拟实验台可以为研制大型运载火箭推力矢量系统的伺服机构提供设计参考依据。

多自由度伺服机构负载模拟系统动态特性研究

针对运载火箭推力矢量伺服控制系统的多自由度特性问题,提出一种新的负载模拟结构并建立了数学模型。通过仿真分析了主要机械设计参数对系统动态特性的影响。建立原理性实验系统,通过扫频实验验证了伺服机构的多自由度特性。仿真和实验证明了此种负载模拟原理的可行性,从而为优化推力矢量伺服机构的设计参数以及研制大型运载火箭伺服系统的负载模拟系统提供设计依据。