中大功率航天电动伺服机构发展综述

随着新材料、新技术的发展,电动伺服机构在电传飞机、先进飞行器、推力矢量控制中得到成功的应用.对中大功率航天电动伺服机构在国内外的研究及应用情况进行了介绍.通过分析,在国外电动伺服机构的运用已经相当成熟,在国内中大功率电动伺服机构在航天应用中已初具规模,出现逐步取代液压伺服机构的趋势.     

我国载人运载火箭伺服机构技术发展分析

研究了国内外载人运载火箭伺服机构技术的发展现状和趋势,分析了我国未来载人型号伺服机构可行方案,提出了大功率、四余度和新型机电控制等伺服机构技术重点发展方向,以及新型伺服能源和新型伺服机构多余度设计等创新重点.     

高动态电动伺服机构1553B总线通信的设计与实现

目前1553B总线通信在航空航天领域应用广泛,电动伺服机构作为导弹控制系统的重要组成部分,大量采用1553B进行总线通信.高动态要求下电动伺服机构控制优先级一般高于1553B通信处理的优先级,主要介绍基于BU-61581S6总线接口协议芯片RT端软件接收数据的时序处理方法,保证高动态条件下提高1553B的通信速率和可靠性以及电动伺服机构的高动态响应.     

电气—液压伺服机构的设计

在较大功率的各种控制系统中,采用伺服阀的阀控制式电气——液压伺服机构,比单纯使用电气伺服机构的应答性好。在各种机械设备的合理化和自动化等方面,为了能进行刚性的高精度控制,最近广泛地采用了这种控制系统。这种控制系统按其不同的使用方法,有各种不同的组成形式,其常用的基本形式如图1所示。     

电动伺服机构永磁同步电机的自抗扰控制

针对运载火箭电动伺服机构谐振频率过低,而传统陷波滤波器算法会降低系统的快速性问题,提出了一种基于自抗扰控制（ADRC）的微分前馈控制算法。在开环等效增益相近的情况下,比较了系统在传统PID控制和一阶ADRC控制方式下的阶跃响应和抗扰性能;对输入正弦指令的情况,比较了系统在比例+扩张状态观测器（ESO）和有限时间比例（FTP）+ESO这两种控制方式下有无输入微分前馈（IDF）的跟踪性能。仿真和实验结果均表明,在常规ADRC中引入IDF,可有效提高电动伺服机构对时变输入的跟踪精度。     

高功率密度电动伺服系统高压驱动关键技术研究

高功率密度电动伺服控制系统的性能、可靠性与控制系统结构、主电路功率开关器件的驱动和保护设计密切相关.针对当前大功率高功率密度伺服系统快速发展的迫切需求,为使伺服系统具有优异的控制性能,且保障高压功率开关器件能稳定、可靠的工作,提出一种基于数字信号处理器和可编程逻辑器件组合的多轴高性能电动伺服控制系统设计方案.重点研究了主电路功率开关器件IGBT的驱动电路和吸收保护电路结构及参数优化方法,并提出一种集隔离、驱动、保护一体化软硬相结合的双重过流保护方案,详细说明了各保护参数的计算方法,所设计的四轴驱动控制器功重比达5.2kW/kg,伺服系统功重比达0.49kW/kg.实验结果证明:该伺服驱动控制系统具有实时性强、动态响应快、功率器件驱动保护电路性能稳定、可靠性高等优点.     

大功率高动态电动舵机的一种电流抑制方法

为了在保证动态性的前提下有效抑制大功率电动舵机的电流,研究了大功率电动舵机的原理及其存在的大电流现象,分析了传统电流环在抑制电流时存在的缺陷,提出了一种基于分段控制思想的电流环设计方法,根据舵系统动态响应过程中的电流特性对电流环进行实时调参.仿真和试验结果表明,该方法既能有效地抑制电流,提高大功率电动舵机可靠性,又能保证其动态性.     

双余度机电静压伺服机构的故障隔离与重构技术研究

针对高可靠应用需求,介绍一型双余度机电静压伺服机构试验样机,采用一台非对称式液压作动器及与其集成于一体的两套伺服电机泵驱动组件。重点分析了余度机电静压伺服机构故障隔离和重构技术方案,采用含M型工位的两位四通电磁换向阀实现故障通道的隔离与卸荷,提出故障工况下将剩余正常通道的位置误差比例增益加倍的控制律重构方法。理论分析和故障模拟试验数据表明,双余度机电静压伺服机构具备突出的可靠性设计优势和良好的故障容错能力,具有应用于载人航天运载火箭的价值。     

面向电动航空的高温超导电机技术研究发展

超导电机因体积小、功率密度高和效率高等优势，在航空电推进中展现出重大的应用前景。对比分析了纯电力超导电动系统和混合动力超导电动系统的方案特点，突出超导电机对于大功率航空电推进的重要性。针对航空电推进超导电动系统对电动机和发电机的不同需求，对过去研究的高温超导样机的运行原理及结构拓扑进行归类综述，并总结分析了各自利弊。在此基础上，从超导技术、电枢绕组技术、转子技术、低温技术和绝缘技术这5方面对超导电机本体关键技术分别进行回顾总结。最后，梳理了当前超导电机在航空电推进中应用的研究进展，并对未来超导电动航空发展进行了展望。     

基于大功率无刷直流电动舵机的建模与分析

以某型飞机电动伺服控制系统中的大功率无刷直流电动舵机为研究对象,利用Matlab完成无刷直流电机本体、减速器的数学建模,考虑到经典PID算法的缺陷,采用不完全微分PID算法实现对电动舵机的控制;建模过程中充分考虑了产品内部减速齿轮机械间隙带来的非线性影响及外部负载的惯性转矩影响,较准确地完成了某大功率电动舵机外在机械特性数学仿真。通过产品实测数据与仿真结果的对比分析,充分验证了数学模型的正确性;仿真模型也分析了产品目前设计不足之处,为进一步优化指明方向。     

Method of energy efficiency assessment for power supply of autonomous drive systems for perspective mobile objects

Based on an integrated approach, we solve the optimization problem for energy content and weight-dimensional characteristics of the electric servo drive by synthesis of structure and analysis of characteristics for different power supplies. The generalized power supply model, developed for different power supply of drive control systems, is given.     

插装式二维(2D)伺服阀的理论分析与实验研究

针对传统伺服阀导控级和功率级平行放置而无法实现插装的问题，研究了一种新型的插装式二维（2D）伺服阀，其特点在于：先导级和功率级集成在单个具有双自由度的阀芯上；力矩马达与阀芯同轴连接，并安装在阀芯末端。通过力矩马达直接驱动阀芯转动，然后利用伺服螺旋机构放大功率并驱动阀芯直线运动，从而控制输出流量。同时可以采用直线位移传感器（LVDT）进行检测阀芯位移，实现位置闭环控制以提高阀的控制性能。为了探究其开环特性，首先建立力矩马达和2D阀的数学模型，求得其开环传递函数；然后，通过仿真了解关键参数对系统动态响应的影响；最后，进行实验研究，验证该阀设计的可行性。实验表明，在满量程输入的情况下，该阀开环时滞环为5%，分辨率≤ 1%，响应时间为10 ms，动态频响为35 Hz；闭环下性能显著提高。插装式2D伺服阀结构简单，尺寸小，质量轻，响应快和控制精度高，在航空航天及军工领域有广阔的应用前景。     

基于DSP的一体化交流伺服系统研究和实现

针对当前伺服系统采用的角度传感器进行AD采样和换算后得到电机速度,无法很好满足速度实时性要求.同时位置反馈元件线性度低、反馈信号易受干扰,因此导致伺服系统稳定性很难保证。结合目前伺服系统存在速度闭环差、结构转换效率低、抗干扰能力弱等问题,提出一种伺服电机与减速机构、旋转变压器一体化设计的方案。通过试验证明,该伺服系统具有控制精度高(最高可达16bit精度)、抗干扰能力强等特点,符合未来电动伺服系统发展的研究方向。     

一种小型高功率密度伺服驱动模块设计

针对新一代工业数控系统对交流伺服驱动控制系统提出的小型化、高功率密度的迫切需求,提出一种新型功率伺服驱动模块。该模块集栅极驱动、功率变换、信号传感、电路保护等多功能于一体。重点研究了功率开关器件MOSFET的驱动电路和过压、过流及过温保护电路,详细说明了各保护电路结构及参数的优化计算方法。试验结果表明:该伺服驱动模块具有体积小、驱动能力强、功率密度高、功耗低和可靠性高等优点。     

弯扭复合大负载下电动舵机设计及性能试验研究

针对弯扭复合大负载工况下电动舵机快速性与稳定性匹配的问题,在分析有限空间质量约束下舵机设计要求的基础上,采用基于核心部件与系统仿真及试验验证相结合的手段,提出了一种高刚度高功率密度的抗弯扭复合大负载电动舵机设计方法。详细阐述了高功率密度伺服电机和高刚度传动机构的设计过程,并研制了工程样机。试验结果表明:该电动舵机伺服刚度与功率密度得到显著提升,在复合大负载工况下能够实现高动态高可靠稳定运行。     

一种应用于半闭环低刚度TVC伺服系统的力矩反馈控制方法

针对新型火箭发动机喷管刚度低、伺服系统呈半闭环结构导致的伺服系统谐振和快速性之间难以调和的问题,以上面级电动伺服系统为研究对象,对机构参数与系统性能之间的关系进行了仿真研究,提出了一种新的谐振抑制控制方法,引入力矩反馈使伺服机构具有力矩控制能力。仿真结果表明,提出的力矩反馈控制方法具有比陷波算法更优的谐振抑制能力,运算量并未增加,且涉及的参数均可通过测试得到,调试难度有所降低。     

大功率高性能航天伺服系统发展综述

回顾了电动、电静液伺服系统国内外发展历程与研究现状,针对未来航天飞行器对伺服系统在结构强度、空间体积、环境适应性、性能指标等方面提出的新要求,在综合评价电动、电静液伺服系统性能的基础上,指出了机载功率电传一体化电作动系统关键技术与设计难点,并提出相应的解决思路,对未来一体化电作动系统发展进行了展望。     

火箭弹电动舵机模糊单神经元PID控制算法

针对制导火箭弹电动式舵机,为提高其响应速度和精度,文章在模糊PID控制基础上,提出了模糊单神经元PID控制方法。首先,建立了火箭弹舵机系统模型;然后,将模糊推理、单神经元自学习算法和PID控制相结合,建立智能控制系统,以实现对舵机输入指令的精确、快速响应。经仿真实验表明:在此智能控制下,舵机位置在阶跃响应的调节时间、超调量以及正弦跟踪上相对于传统模糊PID控制均得到有效改进,具有良好的动静态性能、自适应性和稳定性。     

一种新型压电陶瓷驱动器电源设计

设计并研制了一种新型压电陶瓷驱动电源。该电源采用高压直流放大器加功率放大器原理,具有良好的动态响应性能,能很好地满足微细电火花加工的伺服要求。     

电流变柔性微致动器驱动电源的研究

针对电流变柔性微致动器所用的驱动电源,在理论上探讨了采用交流或直流供电方式的特点,并以此为基础设计了驱动电源的电路结构,然后针对驱动电源的关键技术做了分析,提出了稳定性补偿方案并进行了试验研究。试验结果表明电流变微致动器的分布电容对驱动电源的动态响应有很大影响。