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。

基于均方根容积卡尔曼滤波的船舶操纵运动响应模型参数辨识

为了解决扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)算法在船舶操纵运动模型参数辨识中存在辨识精度低、稳定性差和泛化能力弱的问题,提出了一种基于均方根容积卡尔曼滤波(square root cubature Kalman filter,SRCKF)的辨识算法。在CKF框架下将方差矩阵的均方根代替原始方差矩阵,使用三角分解对其进行预测和更新以提高辨识的稳定性。将EKF作为对比算法,利用四阶龙格库塔法解算的数值仿真数据,对舵角符合舵机伺服机构变化的船舶二阶非线性响应模型参数进行辨识,并将得到的辨识模型开展泛化能力验证试验。结果表明:SRCKF算法具有比EKF算法更高的辨识精度、稳定性和泛化能力。

船舶舵机电液伺服系统故障隔离研究

为进一步探究如何提升船舶舵机电液伺服系统的运行质量,从故障诊断的角度着手,探究如何对常见的阀控型船舶舵机电液伺服系统进行故障隔离,以提升故障诊断效果。基于实际需要,通过建模分析后,成功建立一种多观测模型同步协作的故障隔离方法。从仿真测试结果来看,各个观测模型在故障隔离方面发挥出较优性能,证明了该故障隔离方法在理论上的可行性,预计该方法在后续工作中也将具有潜在的实际应用价值。

全动舵系统柔性多体动力学建模方法

全动舵系统作为航天飞行器控制飞行姿态、调整飞行方向的部件,其动态特性对飞行器的正常工作起重要作用。为了开展带有电机伺服系统和舵轴间隙的全动舵系统动力学特性分析,提出基于柔性多体动力学方法的全动舵系统建模方法:采用Craig-Bampton方法建立典型舵面刚柔耦合降阶模型,采用多体动力学方法建立电动舵机连接机构与全动舵面连接,采用偶极子网格法建立基于模态的广义气动力模型。仿真结果表明,自建的模型预测颤振速度为1270 m/s,与商用软件预测对比的偏差小于2%,验证了该建模方法的正确、可行。研究表明,伺服系统的存在会令典型舵面响应存在较大跳跃现象,而舵轴间隙的存在则极大降低了舵面产生极限环振荡的临界速度。

基于DSP的数字舵机控制系统的设计与实现

研究了新型全数字电动舵机控制系统的设计问题,针对某型无人机的特点以及对舵机的高性能要求,设计了一套基于DSP的数字舵机控制系统,同时分析了其结构组成、控制方案、控制器软硬件设计等问题;该系统以无刷直流电机作为伺服电机,采用三闭环的控制策略,实现舵面位置的高性能跟踪;实验结果表明,基于DSP的舵机控制系统具有良好的位置跟踪性能,该控制系统起动快速、稳定;采用TMS320F2812控制芯片后,不仅简化了系统外围设备,降低了系统的功耗,而且提高了系统的准确性和实时性,该系统可以作为某型无人机的舵机控制系统。

基于自适应控制的空气舵位置伺服系统研究

针对空气舵位置伺服系统强耦合、强时变、非线性的特点,设计了具有良好鲁棒性能的自适应空气舵位置伺服系统。采用机理法建立伺服系统的数学模型,并在工作频段范围内将系统模型简化降阶处理。建立系统状态空间方程,在此基础上根据Popov超稳定性理论,引入补偿器,设计系统的自适应控制律。通过MATLAB/Simulink进行仿真分析,研究电机力矩系数和铰链力矩差异对伺服系统动态性能的影响。结果表明,基于自适应控制的空气舵位置伺服系统具有良好的控制精度和鲁棒性。

一种基于模糊ADRC的舵机控制算法设计与实现

针对导弹舵机负载大范围变化时,经典PID控制算法不能满足舵控系统指标要求的问题。文章设计了一种模糊ADRC舵机控制算法。首先,分析导弹舵机的数学模型,建立基于模糊ADRC舵机控制算法的舵机控制系统模型,并设计相应的模糊ADRC控制器。由于模糊ADRC控制器不需要舵机精确的模型参数就可以实现干扰补偿,因此可以独立设计模糊ADRC控制器。最后,模拟舵机带负载情况下,对文中所提出模糊ADRC舵机控制器与经典PID舵机控制器及常规ADRC舵机控制器进行仿真对比分析。结果表明文中所提出的模糊ADRC舵机控制器能够满足舵机负载大范围变化所需的响应速度,并有效改善舵机的动静态特性。控制效果优于经典PID及常规ADRC舵机控制器。

集成仿真优化技术在某机动导弹弹头空气舵伺服系统中的应用

针对某型号导弹弹头空气舵伺服系统研制中出现的电机支座疲劳断裂问题,给出疲劳断裂机理;基于流程集成及设计优化环境(ModelCenter),通过对常用设计仿真软件(Pro/E,ANSYS等)的包装技术,计算电机支座最佳结构尺寸和应力状态及其疲劳寿命;通过集成仿真,显著提高空气舵伺服系统经受循环载荷作用下的疲劳寿命,并在地面测试和实际飞行试验中得到考核和验证,该方法是集成仿真优化技术在实际导弹型号产品研制任务中的成功应用。

空气舵-伺服系统动态特性试验技术研究

对空气舵—伺服系统的动态特性试验技术进行了研究,提出采用空气舵—伺服系统工作状态下的特性试验方法,获取工作频率内空气舵的模态;利用脉冲/随机激励进行模态试验,获取伺服系统工作频率范围之外空气舵的模态。为模拟空气舵在飞行状态不同受载状态,设计了5种舵面边界模拟方法,获得不同载荷下频率的变化。

基于无位置传感器技术的舵机伺服系统特性研究

电机舵机伺服系统特殊的应用场合及恶劣的工作环境对驱动电机的位置检测传感器提出了苛刻要求。本文针对基于无刷直流电机的舵机伺服系统,采用短时脉冲注入法判别其初始位置,结合外同步加速,自同步运行的无位置传感器起动法,实现舵机伺服系统中无刷直流电机的快速控制,并将其与舵机伺服系统在有位置传感器控制下的动、静态性能进行比较,仿真和试验结果表明,提出的无位置传感器控制方案能有效地实现舵面位置的高性能跟踪。

基于DSC＋CPLD的双余度永磁无刷直流伺服系统

提出了基于数字信号控制器(Digital Signal Controller,简称DSC)和复杂可编程逻辑器件(Complex ProgrammableLogic Device,简称CPLD)构成的双余度永磁无刷直流电机(BLDCM),将其作为飞行器舵机作动系统的执行机构。通过对不同类型的余度运行模式与双余度电机结构特性的比较,确定了系统的设计方案。分析了以dsPIC30F5015为核心的控制电路、功率逆变电路、旋转变压器数字转换电路的工作原理,提出了双余度系统的控制策略。采用LabWindows/CVI构建余度管理与系统调试平台,对系统的性能进行了测试。实验结果表明,两余度可并行工作,系统最高响应频率为5Hz。

空天飞行器的舵伺服系统设计

空天飞行器对舵伺服系统的性能要求越来越高,不仅要求承载能力强、质量小,还必须可靠性高和维护方便;针对此类要求,对空天飞行器的舵伺服系统进行了设计,以电气双余度控制和双绕组永磁同步电机为关键技术;其中驱动控制器采用1553B总线、CAN总线和422总线相结合的形式,解决了与飞控、系统内部和测试设备的通讯问题;作动器采用双余度齿轮副和滚珠丝杠副直推式传动机构,并通过锁定电机轴的方式来实现舵面的锁定功能,提高了系统的可靠性;进行了系统联合仿真分析,实现了最大工作舵偏角为25°、角速度为53.2°/s、系统线性度偏差为0.2%、不对称度为0.4%、超调10%以内和过渡时间193ms以内等主要指标,结果满足系统指标要求;经在航天总体单位中的实际应用,舵伺服系统满足空天飞行器的性能要求。

舵机弯矩电动加载测试系统的设计

针对舵机测试需求,设计了一种弯矩电动加载测试系统。系统以直流电机为执行元件能够实现几百到几万牛力加载,介绍了系统的工作原理和机械结构,分析计算了弯矩加载对其他力矩加载的干扰和系统影响,从测试技术要求上论证了方案的可行性。最后进行了理论分析和研究,建立了加载系统的数学模型,基于PID控制算法,进行了计算机仿真。仿真结果表明,能够满足系统预定的性能指标要求。

舵机电液伺服系统逆控制研究

针对舵机电液伺服系统非线性、参数时变的特点,以及经典控制方法很难满足系统的性能要求,提出采用逆系统解耦控制方式,通过数学建模和线性控制器的设计,得到系统的动态性能参数。阶跃输入和正弦输入实验测试表明,逆系统解耦控制方法可使得系统具有较好的动态特性、更强的鲁棒性、抗干扰性和良好的跟踪性能。

导弹舵机/舵面系统模态试验方法研究

针对导弹舵机/舵面系统非线性较强的特点,将"猝发随机法"和"纯模态法"相结合,得出准确测试舵机/舵面系统模态参数的模态试验方法。首先采用"猝发随机法"获取系统的频响函数估计,然后采用多参考最小二乘复频域(PolyMax)法进行模态参数识别,得到系统初步的模态参数,最后利用"纯模态法"剔除虚假模态,准确测试结构的模态参数。该方法提高了导弹舵机/舵面系统模态参数的识别质量和效率,为导弹颤振特性分析及气动伺服弹性分析提供了准确的动特性参数,具有重要的工程应用价值。

基于DSP的数字舵机控制器设计

介绍了某型无人机的数字式舵机控制器的设计。由于原使用的模拟式舵机控制器的控制参数不易调整,且用于调整参数的电位器极易出现故障,设计了使用TMS320F2812作为CPU的数字式舵机控制器。本控制器使用DSP芯片对多路舵机实现了伺服控制,不但体积大大缩小,而且控制性能更加优良,并实现了系统的各主要控制参数的不拆机修改,增加了控制器的灵活性以及通用性。

基于模拟退火遗传算法的舵机伺服控制器

根据舵机伺服系统高性能的要求,设计了一种基于全数字三闭环控制策略的舵机伺服控制器系统,对不同的闭环采取不同的控制策略。其中,对系统性能影响最大的位置环采用模拟退火遗传算法优化的PID控制器。实验结果表明:该控制策略响应快、鲁棒性强,系统具有较好的动、静态性能和抗干扰能力。

基于平均流量的伺服阀选型计算

介绍了根据某舵机液压系统的已知平均流量进行伺服阀选型计算的方法,该方法考虑了舵机系统的运动学和动力学特性,克服了传统计算方法偏差较大的问题。

舵回路系统可靠性分析

介绍了一种实用舵回路余度伺服控制系统设计方法,其功能实现部分采用自监控二余度技术。然后建立了该系统的几种可靠性框图,并对舵回路控制系统的可靠性模型进行可靠性分析。对比得出的结果证明,该系统可靠性高、维护性好,切实可行。

舵机被动式加载系统多余力矩分析

分析舵机被动式加载系统的工作原理以及多余力矩的产生机理,研究液压动力元件的结构及电液伺服阀与多余力矩的关系,进一步分析多余力矩的本质特征,探讨抑制多余力矩的有效方法。