微小流量旋转直驱伺服阀传控特性分析与优化

针对无人机、战术弹、支线民航等小型飞行器航空发动机燃油计量系统与推力矢量系统微小流量的伺服控制需求,就旋转直驱伺服阀偏心球副传动接口与非全周节流阀口等关键结构进行了尺寸约束设计分析,并就节流阀口宽度、球副偏心距以及驱动电机转动惯量等重要参数进行了优化分析,给出了伺服阀结构设计的优化区间。在此基础上,研究提出了电机转角与电流双闭环控制方法,幅频响应实测结果与理论分析较为一致,200 Hz以上高频响应满足实际需求,且双闭环控制方法大幅降低了伺服阀响应超调并提升了稳定性。

泵控直驱式线控制动单元的设计与分析

为简化传统汽车制动系统结构,更好地满足智能网联汽车对制动力快速调节的需求,提出了一种泵控直驱式线控制动单元,采用泵控直驱容积伺服技术,通过伺服电机直接驱动双向齿轮泵,实现对制动轮缸压力的控制和快速调节,消除阀控系统的节流损失,有效提升系统效率。在泵控直驱式线控制动单元参数设计及数学建模的基础上,试制了制动单元样机与性能测试平台,分析了轮缸压力变化的响应曲线以及跟随特性。仿真和试验结果证明了泵控直驱式线控制动单元的可行性,12 MPa压力阶跃响应时间为200 ms,系统具有良好的响应速度和稳定性,为线控制动技术提供了一种新的实施方案。

基于ADRC和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究

直驱伺服阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势,逐渐扩展其应用场景。作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。本文针对某型航空用双系统直驱伺服阀存在的阀芯振荡问题,探究基于方法的伺服阀振荡抑制策略。建立了该直驱伺服阀系统的部件级数学模型,并与突变液流力模型联合运算;设计了自抗扰控制器(ADRC)和模型预测的复合控制方法,并与传统比例积分微分(PID)控制方法进行仿真对比。结果表明,ADRC和模型预测的复合控制方法对直线电机电流的高频小范围调节可有效抵消突变液流力对阀芯运动的影响,从而为直驱伺服阀在复杂受力环境下的控制器设计提供理论参考。

Novel AC Servo Rotating and Linear Composite Driving Device for Plastic Forming Equipment

The existing plastic forming equipment are mostly driven by traditional AC motors with long trans- mission chains, low efficiency, large size, low precision and poor dynamic response are the common disadvantages. In order to realize high performance forming processes, the driving device should be improved, especially for com- plicated processing motions. Based on electric servo direct drive technology, a novel AC servo rotating and linear composite driving device is proposed, which features implementing both spindle rotation and feed motion with- out transmission, so that compact structure and precise control can be achieved. Flux switching topology is employed in the rotating drive component for strong robustness, and fractional slot is employed in the linear direct drive component for large force capability. Then the mechanical structure for compositing rotation and linear motion is designed. A device prototype is manufactured, machining of each component and the whole assembly are presented respectively. Commercial servo amplifiers are utilized to construct the control system of the proposed device. To validate the effectiveness of the proposed composite driving device, experimental study on thedynamic test benches are conducted. The results indicate that the output torque can attain to 420 N-m and the dynamic tracking errors are less than about 0.3 rad in the rotating drive, the dynamic tracking errors are less than about 1.6 mm in the linear feed. The proposed research provides a method to construct high efficiency and accu- racy direct driving device in plastic forming equipment.

基于自抗扰的永磁直驱伺服电机扰动抑制技术研究

针对永磁直驱伺服电机系统控制设计了转速环ADRC。ESO可以实时观测系统扰动并在控制量中进行实时补偿,使得系统在负载变化时具有较强的适应能力,提高了系统的动态性能。针对PI调节器中电流环d,q轴耦合无法实现对电流指令准确追踪的问题,进一步设计了电流环ADRC,可以对转速环的输出电流指令进行快速准确的追踪,使得系统响应时间缩短,在负载突变后具有更快的反应速度,从而提升系统扰动抑制能力。实验结果表明,自抗扰控制策略可以有效地抑制转矩扰动的影响,提升永磁直驱伺服电机系统控制性能。

基于前馈补偿的永磁直驱电机低速抗扰动滑模控制策略

研究了一种基于前馈补偿的永磁直驱伺服电机低速抗扰动滑模控制策略,用以提高低速运行时速度控制的稳定性。通过调整不同系统状态下的滑模面趋近速度,构造了一种新型指数趋近率函数,使得系统在滑模面附近切换更加平滑;为了提升负载突变等恶劣工况下系统的扰动抑制能力,引入降阶扰动观测器对系统受到的转矩扰动进行观测,并进行前馈补偿,通过前馈补偿与改进趋近率组合的方式提高系统的鲁棒性。仿真和实验结果表明,该控制策略对永磁直驱伺服电机低速运行时的多种扰动具有明显抑制效果。

基于自抗扰控制的直驱电液伺服系统仿真研究

针对直驱式电液伺服系统中存在的非线性特性和外部扰动导致系统流量供给不平衡问题,基于自抗扰控制理论,提出一种基于三阶线性自抗扰控制的液压缸位置控制方法,实现直驱式电液伺服系统电机转速与液压缸位置的闭环控制。同时针对传统系统建模不精确导致控制效果差的问题,在理论分析的基础上,结合电液伺服系统的性能和实际工况,基于AMESim建立直驱式伺服液压系统仿真模型。通过建立AMESim和Simulink的联合仿真模型,验证控制器的有效性。结果表明:该控制策略可以有效消除由于流量供给不平衡导致的液压缸在换向运动时出现位移波动,液压缸位移的平均绝对百分比误差为4.4%,较好地实现位置跟踪。在外负载扰动的情况下,系统具有较强的抗干扰能力,从而保证系统的稳定性。

基于改进自抗扰的往复式牵引装置速度控制

为解决往复式牵引装置速度波动的问题,分析引起往复式牵引装置速度波动的原因并提出解决方案。首先,对往复式牵引装置的伺服直驱液压系统进行研究,建立永磁同步电机及液压部分的数学模型,在AMESim软件中建立控制系统仿真模型;其次,为提高往复式牵引装置的控制效果,提出一种基于光滑fal(e,α,δ)函数和前馈扰动补偿的改进自抗扰控制器;然后,通过接口将AMESim软件与MATLAB-Simulink软件进行联合仿真研究,以0.2 m/min阶跃速度作为输入信号,得到控制系统响应时间为0.35 s,稳态精度为0.0015 m/min,相比改进前的控制系统响应速度更快、稳态精度更高;最后,通过实验平台对改进自抗扰控制器进行实验验证,结果表明实验曲线与仿真曲线较为吻合,验证了控制系统仿真模型的正确性,并将改进自抗扰控制器用于往复式牵引装置的速度控制,解决了往复式牵引装置速度波动的问题,提高了牵引出的管材制品的表面质量。

基于AMESim的比例方向阀与直驱式伺服阀故障特性分析

比例方向阀与直驱式电液伺服阀具有响应快、抗污性染性强等优点,广泛应用在各大工业领域。根据比例方向阀和直驱式伺服阀的结构和工作原理,利用AMESim软件搭建两种阀的仿真模型,仿真分析这两种阀在常见故障下的流量特性曲线,通过电液伺服阀性能检测平台将仿真与实验数据进行对比,验证了仿真模型的准确性。通过对这两种阀的分析,可为不同工况下液压系统设计中伺服阀的选择及伺服阀的故障维修提供参考。

基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制

为满足两轴直驱伺服进给系统的高精度加工要求,提出一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法,以兼顾加工精度和响应速度要求。建立适用于大曲率轮廓加工的等效轮廓误差模型,同时考虑系统中存在的不确定性动态的影响,建立准确且能实时补偿的改进LuGre非线性摩擦力动力学模型。为提升两轴直驱伺服进给系统轮廓性能,设计基于非线性滑模面的ANSMCC方法,其中非线性滑模面包含轮廓误差分量,通过改变非线性滑模面中增益矩阵值的大小可实时改变系统的阻尼比,从而协调轮廓误差与系统响应速度的关系。实验结果表明,所提方法可以克服系统运行过程中不确定性动态的影响,准确跟踪大曲率轮廓曲线,提高轮廓加工精度。

伺服直驱螺旋压力机在难变形金属精密锻造中的应用

随着航空工业发展,航空难变形金属锻造领域的要求越来越高,锻件的要求向高性能、轻量化、精密近净成型方向发展。伺服直驱螺旋压力机具有零传动、低噪声、高精度、能量无级调节等特点,为航空难变形金属精密锻造提供优于传统的解决方案。

离心式作动器及驱动系统研究与实现

作动器系统作为直升机结构响应主动控制系统(active control of structure response, ACSR)执行元件的重要核心部件,其控制性能直接关系到振动的抑制效果。研制了一套基于永磁无刷直流电机驱动的离心式作动器原理样机,详细阐述了系统组成及工作原理,论述了作动器输出力频率、幅值和相位的调节方式,建立了偏心块的输出力方程,选取了MAXON公司生产的EC60 flat 411 678无刷电机作为驱动源。设计了作动器伺服控制系统,针对功率驱动中的隔离直流电源、自举二极管、自举电容、电流驱动能力及母线支撑电容等关键参数进行了详细设计。通过实验验证,电机转速误差最终被控制为1%以内,位置响应时间小于50 ms,振动抑制在0.001 5g(g为重力加速度)以下,取得了较好的控制性能,为离心式作动器系统在直升机平台的应用奠定了基础。

一种高效直驱液压角度位置伺服控制系统的研究和实现

基于直驱式液压系统效率高和阀控伺服系统精度高的特点,提出一种位置二元控制方法。第一元是步进电机控制的数字阀和执行器通过机械负反馈形成的闭环伺服系统,实现系统的精准位置控制。第二元是伺服同步电机控制的柱塞泵系统,系统根据执行器能够达到的加/减速度、最高速度、作动器的排量、初始位置和目标位置的差等,计算所需流量和具体执行的步进电机控制的节奏,并以步进电机控制节奏为参考,控制同步伺服电机速度及相应泵的流量,实现大偏差时高效运行;在小偏差时,在蓄能器压力达到设定值时,关闭同步伺服电机和柱塞泵,避免泵在低速低效区运行,用蓄能器储存的能量实现位置伺服纠偏控制;系统一直运行在高效状态。二元控制方法具有两个简洁的机制实现精准和高效目标,实用可靠。

新型二次供水设备中离心泵的转矩仿真分析

在新型伺服直驱式二次供水快速发展下,重点研究了立式多级离心泵转矩的Fluent仿真分析,首先对离心泵进行有限元模型设计,其次进行流场求解设置,再求得不同工况下转矩的最值和改变转动轴的转速,分别测量各个转速下的转动轴转矩的大小以及出水口流量,最后得出立式多级离心泵的转矩与转速成正比关系。

机床进给用直接驱动直线伺服电动机

针对现代数控机床高速、高精发展趋势 ,分析了机床进给系统应用直线电动机的优缺点。阐述了不同结构类型直线电动机的特点及其相应的应用场合。

新型直动式压电伺服阀

提出一种新型压电驱动单级电液伺服阀,其特点是可以提供比传统电磁式电液伺服阀更高的频宽与分辨率,而且结构紧凑、抗污染能力强。该阀采用大行程的压电叠堆(积层式压电驱动器)作为驱动元件直接驱动滑阀,通过基于弹性变形原理的弹性板机构,结合电阻应变式微位移传感器,实现机构及检测一体化。应用有限元法对弹性板机构进行分析优化,试制了直动式压电伺服阀样机并对样机进行了试验研究,得出该阀的频宽约为1kHz。新型伺服阀可以应用于振动试验台、疲劳试验台及需要快速反应的流体控制系统中,提高系统的响应特性。

基于液压微位移放大结构的新型压电陶瓷直接驱动阀设计及仿真

研制一种基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动伺服阀,实现大流量高频响的要求。针对压电陶瓷输出力大但输出位移小的特点,设计出一种新型的液压微位移放大结构,由柔性铰链膜片式大活塞、密闭容腔、小活塞及压力调节和测量装置构成。采用叠堆式压电陶瓷驱动大活塞,改变密闭容腔内油液的体积形态,放大小活塞端输出位移,驱动滑阀阀芯运动。大活塞采用膜片结构,降低压电陶瓷叠堆的负载,提高密封性能。针对刚性膜片刚度和强度矛盾的问题,设计柔性铰链膜片,对该膜片结构的刚度进行理论分析和数值计算验证。应用有限元方法对结构及各参数进行优化设计,并对最终结构进行刚度和强度分析。基于试制原理样机参数,建模仿真表明液压位移放大倍数9倍,阀芯位置控制误差小于1%。频宽超过550 Hz。试验测得流量曲线,7 MPa压力下,控制流量达到17 L/min。

直驱式容积控制电液伺服系统及其在船舶舵机上的应用

介绍了直驱式容积控制电液伺服系统的组成、特点,并结合船舶舵机的应用背景,研制出了船舶舵机用的 直驱式容积控制电液伺服系统试验样机,并对系统进行了相关理论分析和试验研究。研究结果表明。直驱式 容积控制电液伺服系统作为船舶舵机的动力装置,其性能指标能够达到舵机的执行标准。与传统的液压舵机 的动力装置相比,这种新型的船舶舵机动力装置具有节能高教、操作与控制简单、小型集成化、可靠性高等诸 多优点,是一种有广泛应用前景的船舶舵机操舵装置。

冗余直接驱动伺服作动系统建模与特性分析

为了提高数字式直接驱动伺服作动系统的可靠性,对系统进行了余度配置,电气部分采取三余度,机械部分采取二余度,设计了伺服作动系统的余度配置和管理方案.对系统的机理进行了深入研究,建立了二余度阀控液压缸、三余度直流无刷电动机等系统各部分的数学模型,分析了余度配置对系统的可靠性和动静态性能的影响.基于Matlab的仿真平台Simulink对冗余伺服作动系统进行了仿真分析.结果表明,系统在电气二次故障、机械一次故障的情况下仍保持较好的动态特性,系统的余度配置和管理方案使系统可靠性得到提高,动静态性能得到改善,为冗余直接驱动式伺服作动系统的研制提供了理论依据.

基于直接驱动和自增力技术的AMT换挡系统

为进一步提高电控机械式自动变速器(AMT)的换挡品质和系统鲁棒性,提出一种应用直驱自增力换挡系统的AMT方案。设计了直接驱动装置的结构并对其性能进行测试,针对直接驱动技术存在的问题,研究一种具有自增力和提高换挡系统鲁棒性功能的增力式同步器,参考实车的相关参数,研制了直驱自增力换挡系统的原理性样机,完成了技术方案可行性与功能性的试验研究。结果表明,追求的换挡品质相同时,直驱自增力换挡系统同步阶段需要驱动装置提供的最大瞬时驱动力较小,降低了换挡过程中的能量损耗;当增力斜面角θ=116°时,增力式同步器的力放大系数nF约为1.54,实现了换挡系统放大驱动装置输出力和提高换挡系统鲁棒性的功能,为缩小驱动装置体积和降低换挡控制系统设计难度奠定了良好的技术基础。