基于液压驱动的动态试验控制系统设计

介绍了应用液压驱动形式构建风洞动态试验控制系统的软硬件设计方法,包括液压马达、伺服阀的参数计算及选型,液压伺服位置控制系统设计方案,基于前馈控制和模糊比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation,PID)控制算法的设计思路,简谐运动的实现方法等。通过试验数据分析,该套系统在5°/2.5 Hz和40°/0.8 Hz以下的振幅/频率组合指标运动下,满足幅值差10%和相位差10°以内的控制指标要求,同时分析得到伺服阀死区特性是运动频率对指标造成影响的主要原因,并得出了基于液压驱动的动态试验系统较传统电机驱动系统的优缺点。     

兆瓦级风电叶片静力测试试验台设计与研究

为了满足兆瓦级风电叶片全尺寸静力加载试验要求,改变传统液压加载出力不精确、响应速度慢等缺点,研究了新型大功率机组叶片电动加载测试试验台.简述了试验台的总体方案设计、叶片载荷计算、加载系统设计及其静力测试试验过程.该试验台测试方案总体上采用拉力闭环控制的方式,使用多轴变频系统和多台变频电机共同组成加载装置.试验过程中通过对对实验叶片进行加载试验.由拉力传感器检测加载的拉力值,并实时的反馈回控制器,进而实现对加载机构的精确控制,保证大柔度叶片连续、平稳、协调加载,使其能完全满足兆瓦级风电叶片全尺寸静力加载试验要求.     

间隙自适应射流抛光装置及实验验证

基于浮法抛光和磨料射流抛光原理提出了一种动压浮动间隙自适应射流抛光方法以实现工件的非接触超低损伤加工,并进行了加工装置的结构优化设计.该装置主要由浮动加载机构、射流旋转结构和动压抛光盘组成.通过控制射流喷射压力和恒定加载载荷可以实现加工过程中的间隙自适应,稳定去除工件材料.利用该抛光装置可以在获得优良的表面质量的同时保持良好的面形精度.     

发动机泵后管路-汽蚀管系统水力激振试验

为了研究火箭发动机泵后管路-汽蚀管系统动力学特性,开展水力激振试验。在汽蚀管下游引入水力激振信号,测量供应管路和推力室头腔的脉动压力,建立描述系统动力学特性的传递函数。结果表明:该系统主要表现出1阶谐振特征,高阶谐振峰不明显。在谐振频率下,汽蚀管出口至氧主阀之间管路上脉动压力的幅值整体较高,脉动压力幅值沿流向逐步增大;经过氧主阀后,压力振荡幅值沿流向快速降低。发现了压力脉动通过此汽蚀管向上游传播的现象:即使汽蚀管处于汽蚀状态,仍存在部分压力脉动通过汽蚀管逆向传播至上游管路;而汽蚀管对整个管路仍然起到了明显的隔振效果。在过大的汽蚀裕度下,汽蚀管出口由声学闭端边界逐渐向声学开端边界转变。      

循环加载下复合推进剂的能量耗散

在空空导弹的挂载飞行阶段,弹体高频振动导致的固体推进剂温升极大地损害了固体火箭发动机的性能。为深入探究固体推进剂的能量耗散及其影响因素,针对某复合推进剂进行了不同应变幅值下的多频率疲劳测试,并利用非接触式红外辐射装置同步采集了循环加载下推进剂试件的表面温度,讨论了频率、应变幅值两个因素对复合推进剂能量耗散的影响。结果发现,复合推进剂由于自身的黏滞性,在外部激励下产生了剧烈的疲劳生热行为,其能量耗散密度随着加载幅值和频率的增大而提高,能量耗散带来的试件表面温度呈现出先增大后稳定的规律。根据能量耗散和温度场方程,建立了复合推进剂疲劳过程中的温升计算模型,利用有限元仿真对不同加载条件下推进剂的滞后温升进行了较好的预测。     

航空高速锥齿轮行波共振的噪声与动应力测试研究

为了获取涡轴发动机附件传动齿轮工作状态下的振动特性,采用声波导管的噪声测量方法和应用电阻应变计测量齿轮动应力的技术,得到了齿轮行波共振转速和频率以及全转速范围的动应力数据。试验结果表明:声波导管的噪声测量方法能够准确测量齿轮的行波共振转速及频率,行波共振时电阻应变计能够准确测量出齿轮动频;被测锥齿轮在运行转速范围内存在多个节径行波共振,最大分频动应力在五节径后行波处,幅值约为115MPa。     

考虑电涡流效应的射流管伺服阀建模及频率特性

针对射流管伺服阀在电-磁-力-位移转换过程中的响应滞后问题,建立了考虑电涡流效应的力矩电动机数学模型,获取了力矩电动机的频率特性。以某型射流管伺服阀为例,建立了考虑电涡流效应的射流管伺服阀数学模型,得到了主要性能参数对伺服阀频率特性的影响规律。结果表明:气隙长度、气隙磁导率的增加以及气隙有效面积的减小会导致伺服阀响应变慢,控制线圈匝数不影响伺服阀的频率特性,导磁材料电导率的减小能提高伺服阀的响应速度。对伺服阀进行试验研究,理论值和试验值之间的差值约为5%,验证了所建模型的正确性和有效性。     

位置反馈杆组件的焊接

在伺服阀的制造中经常遇到弹性合金零件和弹性材料铍青铜零件利用钎焊方法连接在一起,对于含铬元素的弹性合金和含铍元素的铜合金钎焊,特别是低温钎焊却是相当困难的,这是由于零件表面存在着坚固、致密的氧化铬膜和氧化铍膜.要想获得高强度的焊缝必须在钎焊中利用机械的、化学的或其它的方法除去零件表面的氧化膜.即使在钎焊以前除去了氧化膜,但在钎焊过程中由于加热零件表面又生成了一层氧化膜,同样会影响钎焊质量.我所生产的伺服阀中的位置反馈杆组件,是由位置反馈杆(材料为3J_1)与安装座(材料为QBe2)组焊而成.该组件是伺服阀中的重要部件.曾直接用烙铁钎焊未达到设计要求,后改用电子束焊,虽然满足了设计要求,但造价太高.为了既简便又可靠地解决上述材料的低温钎焊问题,提出了将反馈杆和安装座两种零件进行活化一镀覆处理后再进行低温钎焊的工艺方法,经试验取得了满意效果.     

力值加载装置控制系统设计

针对力标准机不适用于力值现场校准测试的问题,设计了一种便携式的力值加载装置。该装置采用STM32F103为主控单片机,采用高准确度AD转换器测量力值,优化了力值加载控制算法,避免了力值加载过程中可能出现的各种问题。该装置控制速度快,准确度高,适用于力值现场校准测试。     

阵风发生装置流场测量与分析

以小型阵风发生装置为研究对象,采用二维热线风速仪,测量了不同工况下的阵风装置流场参数,给出了二维热线仪测量方案和在线角度修正方法,以及阵风幅值和波形稳定性计算方法。结果表明：采用风洞在线角度修正,可以提高二维热线的y向测量精度和测试效率;采用波形相位分析方法,可以满足阵风发生器产生的周期性波形的幅值和流场脉动量分析;阵风幅值与4～15Hz的叶栅摆动频率、8°～30°的叶栅摆动角度、50～100mm的叶栅弦长成正比关系;阵风波形的不稳定性（等相位速度脉动量）与叶栅摆动角度、来流速度有一定的线性关系,在本试验范围内随叶栅摆动角度、来流速度的增加而增加,同时,适当的叶栅摆动频率可以降低叶栅的波形不稳定性。研究结论对阵风发生装置研制及其流场测量具有一定的参考意义。     

Design and implementation of an AC active load simulator circuit

An AC active load simulator circuit which can simulate a desired load impedance with a power factor from zero to unity (leading or lagging) for the tested AC source is realized and tested. An interface circuit is designed to compute the simulated current waveform for the load-driver circuit according to the specified program of the system control unit and the measured source frequency and voltage amplitude. Both inductive and capacitive loads can be simulated by adjusting the phase difference between the voltage and current waveforms. A software feedback control approach is employed to adjust the current amplitude and the power factor for the purpose of maintaining the impedance value constant regardless of the variation of the source voltage amplitude     

非线性电感式压差传感器动态校准

非线性电感式压差传感器具有调幅信号输出、输出与压力成非线性、输出受供电波形与负载影响等特殊性。为了对非线性电感式压差传感器的幅频响应和相频响应进行校准,设计了一套专门的动态压力校准方法和系统,并特别对调幅信号解调方法进行了分析和验证比较,对线性法进行了研究。利用该系统成功完成了某两型非线性电感式压差传感器的频率响应测试。     

差动缸液压伺服系统的研究

 差动缸液压伺服系统往复运动是非对称的。本文为了补偿非对称提出了压力非线性补偿方案,不仅消除了活塞面积不对称的影响,而且消除了负载力变化的影响以及流量与输入信号的非线性影响。本文第二部分内容讨论了差动缸液压伺服系统的传递函数及简化方法,并分析了面积比等参数对系统特性的影响。     

直动式机载2D电液压力伺服阀特性

设计了一种直动式二维(Two Dimensional,2D)电液压力伺服阀,采用2D伺服活塞机构产生液压力来驱动主阀芯运动,输出需要的负载压力。设计的2D伺服活塞机构采用直线位移传感器(Linear Variable Differential Transformer,LVDT)进行检测从而形成闭环位置反馈,精确控制2D活塞位移;主阀芯与2D伺服活塞通过弹簧连接,2D活塞在两侧压力差作用下运动,通过弹簧来对主阀芯施加作用,控制主阀阀口的开度,来精确控制输出的负载压力;为提高压力伺服阀的稳定性和可靠性,主阀阀芯根据挤压油膜缓冲理论进行了圆盘结构设计,以增大系统黏性阻尼。在建立该阀的数学模型的基础上,仿真分析了该阀的静动态特性,并通过设计样阀及实验研究,验证了该阀设计的可行性,实验结果表明:在系统压力28 MPa下,该阀的阶跃响应时间在30ms,其滞环3%,线性度2%,压力跟随特性和输出稳定性好;相较于传统直动式比例伺服压力阀,该阀的结构特点决定了其抗污染能力强,可靠性高,且质量和体积分别仅为同类伺服阀的1/5和1/7左右,非常适用于机载液压刹车系统。     

基于T-S模糊模型的非线性分布参数系统极点配置P-sD控制CSCD

采用Lyapunov直接法讨论分布参数系统的稳定性,建立分布参数系统的Lyapunov函数。为保证分布参数系统稳定,应使Lyapunov函数对时间的微分小于0。由于分布参数系统中存在空间一次微分项与二次微分项,Lyapunov函数对时间的微分中将出现常数项与积分项,针对常数项,引入空间一次微分项来抵消;针对积分项,引入对应的状态反馈来使系统稳定。利用边界条件量化Lyapunov函数对时间的微分中的各项,从而设计控制器,这是一种新的设计P-sD状态控制的方式。其中状态反馈的部分采用极点配置的方法来设计,当分布参数系统中出现状态变量的非线性函数时,采用T-S模糊模型表达,可以通过状态变量的线性组合精确描述非线性项,以便极点配置设计状态反馈。针对两个非线性分布参数数学模型进行仿真,结果证明设计的P-sD状态控制器可以使分布参数系统稳定,并达到期望的效果。     

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。     

Theoretical and experimental investigation on novel 2D maglev servo proportional valve

This paper presents a novel two-dimensional maglev servo proportional cartridge valve (2D maglev valve), where a contactless maglev coupling is introduced between electro-mechanical converter and valve body to realize functions of force transmission, spool position feedback and linear-rotary motion conversion. Such configuration can effectively reduce cost of both valve manufacturing and electro-mechanical converter, while still maintain features of 2D valve such as null pilot leakage, high power-to- weight ratio and excellent anti-pollution capacity. Firstly, the characteristic equation of the valve is derived using linear theory, and the stability criterion is established for parameter determination. The influences of crucial structural parameters such as initial height of overlapping area, width of high-pressure and low-pressure holes, acting radius of magnetic force, pitch angle of maglev coupling, length of sensitive chamber and system pressure on the dynamic response are investigated based on AMESim numerical simulation. The prototype valve is then designed and manufactured and a special test rig is built. The no-load flow characteristic, load flow characteristic, leakage characteristic, amplitude and phase frequency characteristics and step response under different system pressures are measured. The experimental results are in a good agreement with the simulated analysis. As an over-damped system, the prototype valve has excellent working stability, which can reach a no-load flow rate of 105.9 L/min with hysteresis of 3.51%, amplitude bandwidth of 28.7 Hz and phase bandwidth of 42.8 Hz under 21 MPa. The research indicates that the 2D maglev valve can be a potential solution of flow rate control valve for flight control surface system of civil aircraft with high pressure and large flow rate application.     

基于磁流变阻尼器的转子系统振动随动控制

针对大型旋转机械通过临界转速时振动过大的问题,搭建了转子系统实验台,实验台保持原本的支撑形式,并安装磁流变阻尼器,实验研究不同工况下磁流变阻尼器对转子系统振动的影响规律.结果表明:磁流变阻尼器可以有效抑制转子系统临界转速附近的振动,降幅可达90%.根据实验结果提出一种以振幅为反馈控制参数的随动控制方法,对转子系统的振幅变化进行追踪,根据振幅实时调节磁流变阻尼器电流,在线抑制振动.结果表明随动控制可以随着转子系统振动变化而在线改变控制电流,使转子系统振动稳定在目标值附近,实现了转子振动的自动调控.      

Oxygen concentration variation in ullage influenced by dissolved oxygen evolution

To determine the oxygen concentration variation in ullage that results from dissolved oxygen evolution in an inert aircraft fuel tank, the CFD method with a mass transfer source is applied in the present study. An experimental system is also designed to evaluate the accuracy of the CFD simulations. The dissolved oxygen evolution is simulated under different conditions of fuel load and initial oxygen concentration in ullage of an inert fuel tank with stimulations of heating and pressure decrease. The increase in the oxygen concentration in ullage ranges from 0.82% to 5.92% upon stimulation of heating and from 0.735% to 12.36% upon stimulation of a pressure decrease for an inert ullage in the simulations. The heating accelerates the release of the dissolved oxygen from the fuel by increasing the mass transfer rate in the mass transfer source and decreasing the pressure, thereby accelerating the dissolved oxygen evolution by increasing the concentration difference between the gas and the fuel. The time constant that represents the oxygen evolution rate is independent of the initial oxygen concentration in ullage of an inert tank but depends closely on the fuel load, temperature and pressure. The time constant can be fitted using a polynomial equation relating the fuel load to temperature in the heating stimulation with an accuracy of 4.77%. Upon stimulation of a pressure decrease, the time constant can be expressed in terms of the fuel load and the pressure, with an accuracy of 5.02%.     

轮盘剖面形状的优化设计

本文提出一种实用的轮盘优化模型,它可用中心孔半径、轮毂轴向厚度和外半径、轮颈半径以及轮毂、轮缘与轮辐转接处的转接角等几何参数来描述,整个轮盘可近似为由一系列不等轴向厚度的圆环组成。一个能自动生成计算截面的子程序,响应上述诸参数的变化,灵活地生成任意个径向厚度各异的不等轴向厚度的小圆环,以这些小圆环的轴向厚度和上述诸几何参数为设计变量,以轮盘设计的五个应力准则为约束条件,以轮盘重量为目标函数,采用随机射线法+随机投点法的组合优化方法,加速收敛,达到轮盘重量最轻,剖面形状最优。