一种高功率密度电动舵机的设计

针对飞行器的速度和机动性不断增加,对舵机的高功率和小型化等要求越来越高的问题,设计了一种高功率密度电动舵机.从一体化本体结构设计、高功率伺服电机设计和轻质化材料选用等方面对电动舵机进行了研究分析.最后对该电动舵机进行了性能测试.试验结果表明,该电动舵机能够承载8000N·m弯矩,并且输出功率密度比常规电动舵机提高了50％以上.     

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。     

高速运动舵机的气动伺服加载特性研究

高速运动舵机是一种高能量密度的作动器,具有瞬时、高速及高加速的特征.由于高速运动舵机应用的特殊性,必须对其进行严格的产品性能测试,尤其是其带载工况下的工作可靠性,需要通过模拟负载工况来进行测试.由于高速运动舵机的固有特征,传统电液和电动伺服加载方式将产生难以克服的多余力,基于此,提出一种气动伺服加载方案.首先,对气动加载进行了建模与仿真,验证了气动伺服加载的合理性,优化了系统参数;然后,构建了气动伺服加载实验台,进行了对高速运动舵机在不同工况下的载荷谱加载实验.经过实验验证表明,该气动伺服加载系统能够实现对高速运动舵机进行变梯度动态载荷的加载,并具有较高的精度和可重复性,对高速运动舵机的测试具有重要的意义.     

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。     

基于双回路控制的电动负载模拟器研究

电动舵机负载模拟器可在实验条件下模拟飞行器飞行过程中舵机受到的空气动力铰链力矩,是半实物仿真的重要设备。在介绍电动负载模拟器研究进展并指出目前伺服系统研究所面临的难题的基础上,以改善系统动态频响为目标,设计基于双回路电机的加载方案并建立双回路系统的数学模型;通过系统仿真,分析系统输出力矩对指令力矩的跟踪能力,验证数学模型的准确性。结果表明:双回路方案有效地抑制了系统多余力,其工作频带在舵机扰动的情况下仍可达35 Hz,为电动负载模拟器提供了一种频带更高、匹配性更好的实现方案。     

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.     

基于极限性能要求的电液负载模拟器多刚度与非线性复合数学模型

 揭示了传统模型的建模精度是影响电液负载模拟器极限性能研究的主要问题。分析并建立了多刚度与非线性复合数学模型,引入了基于舵机安装刚度、负载刚度、力矩传感器刚度、加载马达轴刚度的多刚度模型;合成了伺服阀的流量非线性、系统的饱和与摩擦等非线性环节;并与传统线性模型进行了比对分析与仿真实验,验证了模型的精确性。结果表明复合数学模型更真实而且精确地表征了系统物理情况,为系统结构参数优化设计和控制策略研究提供了理论基础。     

基于FPGA的电动舵机控制器设计

针对传统的电动舵机控制器控制周期长的问题,提出了一种基于FPGA的电动舵机控制器设计方案.在完成硬件设计的基础上,通过建立高速浮点运算模块,解决了FPGA无法直接进行浮点运算的问题,从而实现了不完全微分PID控制,并给出了具体的控制周期和控制延迟.与传统的基于DSP的电动舵机控制器进行对比试验,试验结果表明,所提控制器设计方案能够有效缩短控制周期,提高控制效率,优化控制效果.     

电动舵机快速设计技术研究

针对电动舵机常用的几类典型结构,分析了电动舵机组成及设计流程,并对电动舵机各类零件形状特征信息进行分类,得到了尺寸关系模型.采用VB对CATIA软件进行二次开发,建立电动舵机各个典型零件的建模函数,并利用ACCESS建立了电动舵机零件数据库,实现了舵机产品零件的数字化快速设计.     

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。     

A linear ADRC-based robust high-dynamic double-loop servo system for aircraft electro-mechanical actuators

Compared with traditional hydraulic actuators, an Electro-Mechanical Actuator(EMA)is small in size and light in weight, so it has become more widely used. Aerodynamic load on aircraft control surface varies dramatically, and a change of flight environment leads to uncertainties of motor parameters. Therefore, high-dynamic response and strong anti-disturbance capability of an EMA are of great significance for aircraft rudder control and flight attitude adjustment. In order to improve dynamic response and disturbance rejection of an EMA and simplify control parameters tuning, a robust high-dynamic servo system based on Linear Active Disturbance Rejection Control(LADRC) is proposed for an EMA employing a Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM).Firstly, total disturbances of the EMA are analyzed, including parameter uncertainties, load variation, and static friction. A disturbance observer based on a reduced-order Extended State Observer(ESO) is designed to improve the anti-interference ability and dynamic performance. Secondly, the servo control architecture is simplified to a double-loop system, and a composite control of position and speed with acceleration feed-forward is presented to improve the EMA frequency bandwidth.Thirdly, the ideal model of the EMA is transformed into a simple cascade integral form with a disturbance observer, which makes it convenient to analyze and design the controller. Robustness performance comparisons are realized in frequency domain. Finally, simulation and experimental results have verified the effectiveness of the proposed strategy for EMAs.     

基于负载惯量匹配的双电机同步控制方法

在交流伺服系统运动控制领域,针对双电机同步精确控制时由于两轴负载惯量相差较大、额定运行速度快、到位精度要求高等控制难点,提出了简单且有效的同步控制方法,并在试验中进行了验证。该方法包括对同步控制方式的设计和误差补偿算法2个部分。首先,设计使用基于虚拟主轴的主从控制方式,可实现惯量匹配的同步指令输出；在此基础上,从负载特性入手,提出了基于加权耦合的误差补偿方法,能实现快速稳定的同步误差补偿。仿真与试验结果表明,该方法能够满足伺服运动系统的定位精度和同步控制精度要求,同时在一定程度上提升了系统的平稳性和补偿响应速度,工程实现效果较好。     

航空航天机电伺服系统可靠性设计综述

针对航空航天机电伺服系统,进行了简略的国内外可靠性发展历史和现状的介绍;针对系统中伺服电机、伺服机构和伺服驱动器的可靠性分析方法、失效模式和可靠性设计方法进行了阐述,并对机电伺服系统可靠性设计提出了冗余的设计思想;随后根据国外最新的机电伺服系统设计技术提出了国内的相关产品的发展趋势;最后从设计、方法、试验、数据、人员等方面提出了我国机电伺服系统可靠性发展的不足.     

机电作动系统发展

 机电作动系统是通过控制电动机或电器的运行直接或间接地控制负载的运动，实现控制目标的位置伺服控制的一类系统的总称。针对飞行器用机电作动系统，概述了其应用概况、结构的演化过程、关键技术的发展过程，并就机电作动系统的发展动态做了介绍。在此基础上，提出了飞行器用机电作动系统的研究和发展的一些建议。     

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。     

刚性模型风洞试验确定大跨屋盖结构风振系数的多阶模态力法

风流经过大跨屋面时,由于气流分离在屋面的大部分区域产生强大的吸力,并引起柔性屋面结构的振动,因此大跨屋面结构抗风设计需考虑风振响应和风振系数.本文根据振型迭加原理,提出了利用刚性模型风洞试验确定大跨度柔性屋盖结构风振响应和风振系数的多阶模态力法,并推导了风振响应和风振系数的计算公式.该方法可以考虑高阶振型的贡献.通过与气动弹性模型风洞试验结果以及直接时程法相对比,发现多阶模态力法能够得出令人满意的结果.     

电机位置伺服控制器的参数化设计及试验比较

为在伺服电机上实现准确的位置调节,提出了基于扩展状态观测器的鲁棒复合伺服控制和带误差积分的线性反馈控制方案,并以闭环阻尼和自然频率等作为设计参数,给出了全参数化的离散时域控制律。控制律在1台永磁同步电机上进行了试验测试。结果表明鲁棒复合控制在较大范围的位置目标和负载转矩下实现准确的点位运动,瞬态性能良好；而基于积分的线性反馈控制当目标位置或负载发生变化时伺服性能出现明显恶化,缺乏鲁棒性。     

综合载荷环境下高超声速飞行器结构多场联合强度试验技术

针对当前高超声速飞行器结构综合环境强度验证技术的迫切需求,开展考虑气动力、高温、噪声及机械振动等载荷的多场联合强度试验设计,提出了多系统集成方法,给出了多载荷联合加载解耦方法与控制策略,基于行波管建立了多场联合试验平台,对平台关键环境影响因素进行了分析,给出了具体的解决途径,最后基于该试验平台完成了某舵面构件的气动力/高温/噪声/振动多场联合试验,得到了联合载荷作用下结构应变、加速度及位移等响应的时域与频域变化特征,试验表明,多场联合环境下结构的响应水平较高,结构更容易发生破坏,通过该试验验证了多场联合试验技术的可行性及有效性,可为复杂载荷环境下高超声速飞行器结构的地面强度试验验证提供有力的技术支撑。     

小型化高负载飞行器前轮转弯控制系统研究

介绍了一种前轮转弯控制系统,主要由转弯机构、控制器和位移传感器组成。转弯机构采用丝杠拨叉式传动方案,实现小型化、高负载的要求;控制器采用双冗余422总线通信设计方案,保证通信链路可靠性;通过采集线位移、角位移传感器两路反馈信号,实现位置闭环运算和前轮摆角实时监测。经地面及飞行试验验证,本系统各项指标均能满足要求。     

伺服电机及系统特性性能测试系统设计

介绍了用于伺服电机及系统特性性能试验的测试系统。该系统采用能量回馈的方式进行对拖加载试验,能够满足0.75~110 kW伺服电机及控制器的交/直流伺服电机系统的性能测试。