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。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

运载火箭伺服系统控制特性参数化仿真方法

针对运载火箭伺服系统快速优化设计及精确化仿真需求,采用Matlab软件开发了参数化通用仿真平台。搭建了电液、电静压和机电三型伺服系统基础模型库,通过模型创建和参数配置模块快速生成伺服系统控制特性仿真模型。利用参数设计与分析模块快速开展伺服系统控制特性仿真分析,采用参数影响分析模块快速获得最优设计。该参数化仿真方法实现了仿真模型和仿真流程规范化,显著提高了伺服系统控制特性仿真分析的效率和准确性。仿真分析结果与试验一致性好,具有很好的工程应用前景。

伺服加载系统非线性建模及间隙补偿控制研究

分析机械间隙误差对于伺服加载系统加载液压缸位移、负载压力和流量的影响,提出了伺服加载系统机械间隙误差的补偿控制方法,建立了机械间隙误差影响下的伺服加载系统非线性模型。通过Simulink系统仿真和系统实验,对伺服加载系统非线性模型和机械间隙补偿方法的精确性进行验证。实验结果显示:低航速小负载工况时的输出负载力精度误差由18%降低至10%,高航速大负载工况时的输出负载力精度误差由21%降低至8%,被测产品伺服机构在全行程内的输出负载力滞后误差基本消除。

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。

不同拓扑结构永磁同步伺服电机性能对比优化分析

某些特殊环境下应用的伺服电机具有转矩性能平稳、速域宽的特点,对电机低速下的转矩平稳性及高转速下的磁场气隙波形正弦性设计提出了严苛的要求,针对某款永磁同步伺服电机,分别从转矩特性、气隙磁密和漏磁系数三个方面对比分析永磁体表贴式、Ⅰ型内置和Ⅴ型内置三种转子拓扑结构,并以转矩性能及空载反电势波形正弦性为优化目标进行伺服电机的优化设计和样机制作,实物测试结果与仿真结果吻合,为高平稳性、宽调速伺服电机拓扑结构选择、性能优化设计提供依据。

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。

一种液压伺服作动器工作时自振啸叫问题分析

讨论了一种机械反馈式液压伺服作动器在工作时出现自振和啸叫问题。通过对自振频率以及噪声频谱的分析,得出了力矩马达自振引起了产品的工作不稳定。针对产品故障模式,制定了减小阻尼孔以增加阻尼的方式,提高了产品的工作稳定性。

高压煤油恒速液动机转子倾覆现象的理论研究

介绍了高压煤油恒速液动机(简称“液动机”)的转子倾覆现象,分析了机理,并按照发生的原因将倾覆现象分为主动倾覆和被动倾覆。重点研究了主动倾覆,基于对转子柱塞组件的受力分析,提出了倾覆条件的数学表达,引入了无量纲的倾覆安全系数,以定量表达倾覆风险。分析了被动倾覆的原因,并提出了解决被动倾覆的方法。在产品设计中应避免出现主动倾覆和被动倾覆。

基于有限元柔性体理论的起落架落震仿真分析

以某飞机起落架为研究对象,研究落震动力学问题。根据前起落架的结构特性,利用多体动力学建模技术,建立前起落架多柔性体动力学(MFBD)模型,并进行落震仿真分析及非线性接触研究。采用落震试验数据对模型进行校验,仿真结果与试验数据较为吻合。通过分析缓冲器零件的变形,考虑接触因素的多柔体动力学模型能更真实反应实际情况,以最大降落速度工况进行落震仿真,同时对起落架关键零件进行强度校核,以及缓冲器内部零件进行非线性接触计算,求得不同材质的下凸轮及底托受到的垂向力与摩擦力,获得在物理试验中难以测量的数据,分析结果对起落架设计具有重要意义。

上位锁碰撞冲击分析与试验验证

某飞机上位锁,在使用燃气作为备用动力源进行开锁试验时,发生顶杆断裂事故。经专业机构分析,定性为材料失效导致的破坏。首先根据上位锁工作原理对碰撞接触力及多体运动进行研究与分析,然后建立上位锁动力学仿真模型并进行问题复现,仿真结果与鉴定结论一致,证明了动力学模型的准确性。对上位锁结构进行改进,去除结构薄弱环节,并进行强度校核,仿真结果满足要求后,进行燃气试验验证,修改后的上位锁顺利通过试验考核。本文对上位锁的冲击动力学分析,对飞机其他机构的设计也具有一定的参考借鉴价值,当选用燃气作为辅助动力源时,由于接触力的增大,需对主要承力件进行动力学分析及强度复核。

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.

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。