基金成果简讯

新型灵巧作动器研究【项目编号】2003ZE18002【项目负责人】司俊【依托单位】西安飞行自动控制研究所完成情况简介:本项目研究了灵巧作动器系统方案、先进作动系统结构设计方案、作动器故障监控方案以及数字伺服控制器设计方案等,完成了灵巧作动器的 UG 三维电子样机的设计和作动系统数学模型仿真。作动器总体方案、结构设计等方面的研究成果,已在某飞机平尾四余度电传作动器上得到应用;采用 DSP 微处理器的数字控制器技术已经在某高教机上应用;某大型无人机的 DDV 式作动器大量采用了相关技术。研究成果处于国内领先水平。     

某型机伺服作动器BIT测试方法及影响分析

介绍了伺服作动系统的工作原理、组成及BIT测试方法,分析了影响伺服作动系统BIT故障的原因,并对伺服作动器建立故障树,着重分析影响伺服作动器故障的因素并进行仿真,提出了伺服作动系统BIT设计优化建议。     

直接驱动式伺服作动器余度控制与动态建模分析

主要讨论了余度在现代飞行控制中的重要作用以及直接驱动式伺服作动器的空载动态建模分析。     

多电飞机非相似混合作动器综合性能分析与研究

介绍了两种作动器的组成和工作原理,在此基础上对其进行仿真分析,重点研究了混合非相似余度作动系统在不同工作模式下的动态性能。由于采用非相似余度配置,混合余度作动系统存在力纷争的问题,就此提出了均值均衡技术,并在AMESim/Simulink平台进行仿真,收到较好效果。     

飞机敏捷性尺度计算方法研究

利用非实时，非线性六自由度仿真软件，对战斗机瞬态敏捷性评估中有关尺度的计算方法进行了探讨。仿真所用的数学模型包含了典型的数字式飞行控制系统，伺服作动器，大迎角气动特性及发动机推力与减速板阻力的动态模型，最后对扭转敏捷性，俯仰敏捷性和轴向敏捷性的计算方法分别给出了简要的研究结论。     

基于PNN网络的余度作动器智能故障诊断

提出了一种基于概率神经网络(PNN)的余度作动器故障诊断方法,分析了传统阀芯位置监控器的设计思想及设计缺陷,构建了基于PNN网络的阀芯位置监控器,最后完成了基于PNN网络的作动器仿真实验。实验结果表明,基于PNN的阀芯位置监控器具有较强的故障诊断能力,有效地提高了作动器两通道工作时识别阀芯位置监控器的故障准确率,可以成为作动器智能故障诊断与健康管理的重要方法之一。     

飞机起落架收放作动器的设计方案与仿真分析

为了适应飞机多电化发展需求,针对某小型飞机的起落架收放机构特点,设计了一种能源双余度、集成一体化、高比功率起落架液压作动器,提出了一种具有到位缓冲功能的单出杆对称液压缸的设计方案。基于AMESim建立了起落架液压收放器和收放机构的模型,并对起落架收放运动进行了仿真。仿真分析结果表明,所设计的能源双冗余液压系统、作动器到位缓冲结构,原理合理可行,为实际工程应用奠定了基础。     

余度伺服作动系统可靠性分析

可靠性是飞机设计的重要指标,现代民用飞机电传操纵系统的伺服作动系统普遍采用余度技术,传统的可靠性分析方法无法描述其动态过程。针对主备结构和三余度结构2种不同的民用飞机伺服作动系统方案,应用马尔可夫过程对其分别建立了可靠性模型,并仿真分析比较了两者的可靠性及故障覆盖率对系统可靠性的影响,对实际中系统方案的选择提供了理论依据。     

一种新型伺服作动器的构想

提出一种新型的伺服作动器，这种作动器主要有两个特点：一是用高速开关阀替代伺服阀组成数字式电液位置控制系统，这种系统其实已经在很多领域得到了应用；二是用单柱塞泵替代传统的多柱塞泵，并且将单柱塞泵集成在作动器上，这种做法目前尚未见到。本文提出的这种新型作动器实质是一个使用数字阀并且自带液压源的独立执行单元。     

液压伺服作动器与电动作动器性能仿真分析

以Imagine公司的AMESim为仿真平台,建立了液压伺服作动系统的物理模型和电动作动系统的物理模型,采用AMESim处理结果对两种作动器的性能进行了仿真分析。     

一种高灵敏度的电动舵机系统研究

本文研究了一种基于单片机的高灵敏、分体式小型电动舵机系统。首先分析了电动舵机的组成与功能，并分别从舵机结构、控制算法两方面对舵机系统的性能设计进行了分析和阐述。针对舵机高灵敏度的性能要求，对控制算法进行了优化并进行了相应仿真。最后经过试验验证，电动舵机满足了高灵敏度的指标要求，验证了控制算法的正确性。     

滚珠旋摆作动器的优化设计

提出了一种新型液压执行机构--滚珠螺旋液压旋摆作动器,建立了一套伺服动态优化设计理论及分析方法。在结构上,采用了多头大升角的滚珠螺旋副、滚珠花键副、滚珠卸荷副、活塞式液压缸等结构,以保证作动器受力特性好、传动平稳、效率高、且输出扭矩大,适应于低、中、高压任何压力的液压系统;在理论上,导出了滚珠螺旋液压旋摆作动器优化参数的设计计算公式,分析了优化参数与系统效率、频宽之间的关系。按照该理论设计的滚珠螺旋液压旋摆作动器,系统耗能最小、效率最高、频带最宽。     

余度舵机系统的性能降级与可靠性分析

余度舵机是电传飞控系统的关键部件,其通道间存在着较严重的力纷争现象。在建立四余度舵机数学模型的基础上,研究了力均衡算法,对四余度舵机一次故障、二次故障情况下的性能降级和可靠性进行了仿真分析。仿真结果标明,优化的力均衡算法可以有效解决力纷争的问题,四余度舵机可以在一次故障、二次故障的情况下持续工作。采用动态故障树分析方法进行了四余度舵机可靠性分析,证明了其具有非常高的可靠性。     

磁通综合式余度舵机系统电流均衡的研究

讨论了磁通综合式余度舵机系统电流均衡的设计问题。基于实现解耦的电流均衡设计,消除了通道间的“电流纷争”。其结论适用于其它磁通综合式余度电液伺服系统     

喷气发动机转速数字控制器优化设计

喷气发动机转速数字控制系统的构成和动态模型如图1所示。数字控制器由微机编程实现。该闭环系统由PID控制器进行串联校正、角度负反馈为位置反馈校正。     

大摩擦情况下三轴飞行模拟转台QFT鲁棒控制器的设计

三轴飞行模拟转台是用于飞行控制系统半实物仿真的高性能位置跟踪和速度跟踪的一个重要设备。摩擦力和不确定性是三轴飞行模拟转台伺服系统的主要特性。在基于转台的动态和静态非线性Stribeck摩擦模型描述的基础上 ,考虑转台伺服系统的实际不确定性 ,设计了QFT鲁棒控制器 ,并给出了仿真和实时控制效果。     

基于滑模变结构和扩张状态观测器的电动舵机复合控制方法

为提高电动舵机伺服系统的鲁棒性,同时解决实际工作中电动舵机不确定负载引起的跟踪精度低的问题,提出了一种采用指数趋近率的滑模变结构控制率结合扩张状态观测器对负载扰动进行实时估计的电动舵机的伺服控制方法,给出了控制器设计方法和试验验证。仿真和试验结果表明,与常规的滑模控制器相比,采用扩张状态观测器的变结构控制能有效提高电动舵机的跟踪性能。     

电动舵系统颤振影响因素分析

针对电动舵系统颤振问题,将舵系统简化为双惯量模型,并在该模型的基础上分析了舵系统颤振的原因.通过对舵系统传递函数以及单自由度碰撞振动系统力学模型的分析,得出传动机构刚度、间隙等非线性因素以及负载惯量对舵系统稳定性的影响,并分析了各因素造成舵系统颤振的原因.通过数学仿真,验证了所得结论的正确性,并针对颤振抑制提出了相应的改进措施.     

加力燃油计量装置的AMESim 仿真研究

为获得加力燃油系统数字化仿真与性能验证平台,采用功能划分的方法分析了典型计量装置的功能模块,确定了伺服阀-随动活塞、计量活门-等压差活门是决定计量装置动态特性的主要组成部分,对其进行了数学建模。鉴于获得的数学模型描述系统特性时缺乏相关元件特性参数的设计依据,建立了由计量活门、等压差活门、电液伺服单元等组成计量装置的AMESim模型,计算主要结构参数后仿真分析了其稳态和动态特性。结果表明:基于控制系统构成的加力燃油计量装置功能划分与数学建模可为仿真研究与参数设计提供指导,AMESim可用于动态过程仿真与性能预测。     

Fault tolerant control system design with explicit consideration of performance degradation

A new approach is proposed for active fault tolerant control systems (FTCS), which allows one to explicitly incorporate allowable system performance degradation in the event of partial actuator fault in the design process. The method is based on model-following and command input management techniques. The degradation in dynamic performance is accounted for through a degraded reference model. A novel method for,selecting such a model is also presented. The degradation in steady-state performance is dealt with using a command input adjustment technique. When a fault is detected by the fault detection and diagnosis (FDD) scheme, the reconfigurable controller is designed automatically using an eigenstructure assignment algorithm in an explicit model-following framework so that the dynamics of the closed-loop system follow that of the degraded reference model. In the mean time, the command input is also adjusted automatically to prevent the actuators from saturation. The proposed method has been evaluated using the lateral dynamics of an F-8 aircraft against actuator faults subject to constraints on the magnitude of actuator inputs. Very encouraging results have been obtained.