冗余直接驱动伺服作动系统建模与特性分析

为了提高数字式直接驱动伺服作动系统的可靠性,对系统进行了余度配置,电气部分采取三余度,机械部分采取二余度,设计了伺服作动系统的余度配置和管理方案.对系统的机理进行了深入研究,建立了二余度阀控液压缸、三余度直流无刷电动机等系统各部分的数学模型,分析了余度配置对系统的可靠性和动静态性能的影响.基于Matlab的仿真平台Simulink对冗余伺服作动系统进行了仿真分析.结果表明,系统在电气二次故障、机械一次故障的情况下仍保持较好的动态特性,系统的余度配置和管理方案使系统可靠性得到提高,动静态性能得到改善,为冗余直接驱动式伺服作动系统的研制提供了理论依据.      

高可靠三余度数字式作动器控制器设计与实现

对作动器控制器进行了三余度配置,介绍了冗余作动器控制器的结构、余度配置以及余度管理.结合数字式伺服作动系统的结构特点,提出了一种借助通道内控制器互监测实现通道内自监测的方法.借助比较监控、传感器自监控、通道内自监控等其它监控方法,对三余度数字式系统有效地实现了二次故障工作、三次故障安全.和其他冗余方案相比结构更简单、基本可靠性更高.基于高速数字处理器和CAN(Controller Area Network)总线开发了三余度数字式伺服作动器控制器.基于马尔可夫模型,考虑系统一次故障覆盖率、二次故障覆盖率对控制器可靠性进行了分析,该三余度控制器具有很高的可靠性.      

非相似余度作动系统动态力均衡控制策略

随着多电/全电化飞机关键技术的发展,由功率电传作动器——电动静液作动器(EHA)和机电作动器(EMA)构成的非相似余度作动系统,成为飞机多电/全电化发展的新趋势.介绍了非相似余度作动系统的结构组成和工作原理,建立了非相似余度作动系统力纷争的数学模型.在此基础上,分析了非相似余度作动系统动态力纷争的产生机理,基于上述原理提出了轨迹发生器+前馈补偿器、力纷争反馈PID补偿器和EHA力控制/EMA位置控制等3种减小动态力纷争的动态力均衡控制策略,并对其进行了理论分析与设计.最后,对所提出的3种动态力均衡控制策略进行了仿真对比,并从跟踪动态性能和抗负载扰动动态性能两个方面对仿真结果进行了深入分析.分析结果为非相似余度作动系统的设计和力均衡控制提供了理论依据.      

一体化数字液压作动系统的建模仿真和控制

随着机电液控集成一体化技术和数字液压技术的发展,基于数字缸和电液泵提出了一种新型的一体化数字液压作动系统,阐述了其系统组成和工作原理.基于AMESim建立了电液泵、数字缸及整个系统的数学模型,分别从系统的位移响应、溢流流量、电机转速和控制阀开口等方面,与传统的采用集中液压源供油和伺服阀控制伺服油缸的作动系统进行了仿真对比分析,指出了一体化数字液压作动系统的优缺点.      

电机泵阀作动系统的分级压力控制及效率分析

针对飞机作动系统中效率较低,发热严重的情况,分析了电机泵阀并联协调控制作动系统中系统压力与系统效率的关系,提出了采用分级压力节能控制,即对电机泵组和阀控单位设定不同的最高压力,并根据作动系统的要求来确定系统采用的控制单元;用AMESim软件进行仿真验证和分析.结果显示,采用分级压力控制系统的发热量分别为单独高压阀控制和电机泵控发热量的27.9%和34.1%,明显地降低系统温升,减少了系统的发热损失,提高了系统的效率,从而增加了系统的寿命,保障了系统的安全性和可靠性.      

非相似余度作动系统静态力均衡控制策略

由功率电传作动器EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)与EMA(Electro-Mechanical Actuator)构成的非相似余度作动系统取消了中央液压源和遍布机身的液压管路,同时克服了共性故障,是飞机多电化的发展趋势.阐述了非相似余度作动系统的结构组成与工作原理,考虑舵面空气负载和连接刚度,建立了在主动/主动工作模式下闭环系统数学模型.在此基础上,论述了非相似余度作动系统静态力纷争的产生机理,提出了采用调整电气参数偏差的方法补偿静态力纷争的思想,基于上述原理提出了3种减小静态力纷争的力均衡控制策略,并对其进行理论和仿真分析.最后,对3种力均衡控制策略在静态力纷争消除性、隔离性等方面进行了综合对比分析.分析结果对非相似余度作动系统的设计及力纷争的解决提供了理论依据.     

三余度直接驱动阀驱动控制系统

设计了一种新型的电气三余度直接驱动阀(DDV,Direct-Drive-Valve)驱动控制系统,介绍了系统结构,分析了三余度永磁无刷直流力矩电机、位置传感器以及交叉通道数据链(CCDL,Cross Channel Data Link)模块的方案设计,探讨了基于新型变结构PID算法的位置伺服控制策略和基于CCDL的余度管理策略.实验结果表明,系统具有良好的动静态性能以及冗余工作特性,其角度范围为-10° ~10°,定位精度不大于4′,三通道工作时频宽不小于20Hz,两通道工作时频宽不小于15Hz,可满足航空DDV式作动器的要求.      

一种小型化高同步性伺服作动系统研究

介绍了一种小型化高同步性伺服作动系统,针对发动机动力调节装置狭小的空间和特殊高温环境的严苛要求,对液压作动器进行了耐高温、小型化设计,采用液压作动器与控制阀组分体式结构设计和非对称活塞杆结构设计,实现了大运动行程,降低了截面尺寸和轴向长度;采用位置初始同步+位置同步控制+非对称位置控制的全域控制参数动态调整的控制策略,实现了三路作动器的运动平稳控制和全行程范围内的高位置同步性。通过理论计算和带载试验验证,该伺服作动系统实现了环境和空间的技术要求,并具有较好的位置同步控制性能。     

泵阀联合EHA效率设计仿真分析

分析了泵阀联合电动静液作动器(EHA,Electrical Hydraulic Actuator)效率的影响因素,提出了降低油源压力设计值以提高效率的方法.针对泵阀联合EHA的工作特点,在负载相同的条件下,对伺服阀和定量泵的输出流量、损耗流量变化、作动系统整体效率变化进行了分析,并分析了油源压力设计值变化对系统主要性能参数的影响.相对于常规阀控系统设计,在一定范围内降低油源压力设计值的方法可提高液压系统总效率,减少流量损耗引起的功率损耗.系统快速性提高,稳定性增强,抗扰动能力下降,因而系统效率设计要兼顾性能综合进行.以弹性负载为对象的作动系统仿真计算验证了设计方法的可行性.      

基于力的电动静液作动器阻抗控制

阻抗控制作为一种柔顺控制方式,能够实现力与位置的协同控制,在作动系统需要与外部环境发生接触的应用中具有一定优势。在集成、高效的电动静液作动器(EHA)上实现基于力的阻抗控制具有良好的应用前景,其中核心问题是EHA力伺服控制器的设计。针对阻抗控制中外部负载特性不确定,EHA部分结构参数时变等问题,采用定量反馈理论(QFT)的方法对力伺服控制器进行设计。在对EHA数学模型及参数进行分析的基础上,通过QFT方法将被控对象的不确定范围与系统性能设计指标相结合,并以定量的方式在Nichols图上形成边界,在使标称对象的开环频率特性曲线满足各边界约束条件的同时完成力伺服控制器的设计。通过不同外部负载条件下的力伺服控制实验以及静、动态阻抗控制实验对EHA的力伺服控制器与阻抗控制系统进行了验证。实验结果表明:通过QFT方法设计得到的力伺服控制器对外部环境具有较强的鲁棒性,从而确保了EHA阻抗控制的成功实现。     

某型航天器推力矢量控制伺服机构的设计理论

针对某型航天器对伺服机构的要求,设计了推力矢量控制伺服机构.通过比较液压、气动和电动3种类型伺服机构的特点,选择了电动伺服机构.研究了包括机电作动器设计、驱动控制技术和冗余技术等电动伺服机构的3项关键技术.建立了双冗余电动伺服机构的二自由度动力学模型,对其动态性能进行了仿真研究.理论分析和仿真结果证明:电动伺服机构的方案设计合理可行,不仅满足航天器高可靠性、良好维护性等基本要求,而且满足控制系统的动态性能指标要求.     

空间机械臂关节电流环预测控制研究

空间机械臂是空间在轨服务的重要执行机构，关节伺服控制性能在很大程度上影响着机械臂操控性能.电流环是关节多控制环嵌套结构的最内层，针对高性能关节伺服控制系统对电流环动态响应快、超调量小和参数鲁棒性强的要求，本文提出一种高阶形式的无差拍电流预测控制方法，仿真结果表明：相比PI调节器，该方法极大提升了系统带宽，可使电流环动态响应速度逼近数字控制系统中的理论上限；相比传统无差拍控制方法，该方法对于电机电阻与磁链参数变化具有更强的适应性，在参数失配的条件下具有更好的动态与稳态性能.     

无刷直流力矩电动机双闭环控制策略仿真分析

针对直接驱动阀(DDV,Direct Drive Valve)伺服系统存在负载扰动和经典的"三环"结构不能满足DDV伺服系统快速性要求的问题,采用双闭环控制系统.对位置环+速度环和位置环+电流环两种双闭环系统进行比较,在频域内设计和优化调节器的控制参数.仿真结果表明:双闭环系统均具有较好的稳定性和动态跟踪品质,能有效地克服负载扰动的影响.在系统阻尼系数很小的情况下,位置环+速度环系统的负载适应性更好,位置环+电流环系统快速性更好,与理论分析结果符合.      

导弹增量式自适应容错控制系统设计

导弹在实际飞行中存在气动参数不确定、执行机构故障等问题,从而对导弹飞行控制系统稳定性与操控能力造成严重影响。为此,设计一种增量式自适应容错控制方法,在实现导弹安全控制的同时,兼顾姿态控制算法时效性与可靠性。建立面向控制的三通道耦合姿态动力学模型;考虑系统不确定性和执行机构故障,基于增量式动态逆方法设计导弹被动容错控制律;基于自适应滑模控制与增量式动态逆方法,设计增量式动态逆自适应容错控制律,并对系统残差进行分析比较;通过某典型全弹道姿态跟踪任务,验证舵面故障下的姿态跟踪特性。仿真结果表明:所提方法在故障未知的情况下,能够保证飞行控制系统的鲁棒性与容错能力,实现导弹的安全可靠控制。      

双独立闭环复合液压伺服控制体系的分析

针对现有几种液压伺服控制系统的优缺点,基于高性能和节能这一发展趋势,提出基于伺服电机、定量泵、蓄能器和伺服阀的双独立闭环的新型复合控制体系.分析了其结构特点,建立了数学模型并进行了仿真分析和实验验证,证明新型控制体系充分发挥了各个控制环节的效能,实现了流量适应,较现有的控制方案简单可靠,在综合指标方面有了很大的提高,适合机载液压系统和弹载液压系统.      

电液伺服加载系统数字控制的研究

 以电液施力系统为对象,讨论了数字控制在电液伺服系统中的应用.将开闭环控制优化设计方法应用到该系统中,通过微机,A/D,D/A板来实现对电液伺服系统的控制,同时对PID(比例积分微分)算法也进行了一定的研究.阐述了该系统的硬件、软件及实验.对这两种算法的实验的结果进行了对比分析,它们均能实现电液伺服控制,但是从效果来看,开闭环算法的控制指标高于PID算法的指标.最后对多余力的消除进行了研究,实验结果表明消除多余力的方法是成功的,行之有效的.     

基于LMI的电液伺服加载系统多目标鲁棒控制

为提高多通道电液伺服加载系统的性能,设计了基于线性矩阵不等式(LMI,Linear Matrix Inequalities)的多目标鲁棒控制器.首先将加载系统中的参数时变性、通道间的耦合以及非对称缸加载的差异性当作不确定性来处理;然后将系统的频宽要求通过性能权函数加以考虑,将不确定性通过鲁棒权函数加以考虑,将系统的时域瞬态响应特性通过区域极点配置加以考虑,并将这样一个多目标控制问题通过建立和求解基于LMI约束的凸优化问题来解决.仿真结果表明,基于LMI的多目标鲁棒控制非常适合多通道电液伺服加载系统的特点,可以使加载系统在较大范围的参数变化时仍具有良好的动态性能.