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。     

基于降维负载转矩观测器的调速系统控制技术研究

针对高精度电动燃油调速系统在负载突变工作时燃油增压与燃油流量调节的稳定性问题,研究了前馈补偿控制策略,提出了一种基于降维负载转矩观测器的抗负载扰动控制方法。该方法实时对电动调速系统的同步电机输出转速与负载转矩进行观测,并将观测到的负载转矩补偿到同步电机交轴电流,实现闭环调速控制,从而避免了负载扰动影响系统输出转速,减小电动燃油泵对燃油的压力与流量的影响。仿真和试验结果表明,在快速加载与卸载实验条件下所提出的方法的正确性与可行性。     

舵面力矩负载模拟器

舵面力矩负载模拟器(以下简称负载模拟器)是一种电量机械量的转换器,其任务是在飞行器制导回路和稳定回路中进行实物(或半实物)仿真试验时,用它模拟飞行器在飞行过程中,作用在舵机输出轴上的气动铰链力矩,以研究气动力负载对控制系统工作性能的影响。     

一种改进的基于分解控制的非线性力矩补偿策略及其在直流电机系统中的应用

 针对直流电机系统中存在的非线性摩擦力矩和波动力矩，提出一种改进的非线性力矩补偿策略，将重复控制机制引入到基于分解控制的补偿策略中。其中，鲁棒自适应补偿器用来补偿系统中存在的非线性摩擦力矩和波动力矩；而插入的重复控制器用来进一步提高系统运动曲线的跟踪性能。二者的综合构成了系统完整的控制律。Lyapunov方法证明了闭环控制系统的全局稳定性。最后，通过对高精度伺服系统的仿真研究证明了该改进补偿策略的有效性。     

重载航空负载模拟器非线性最优前馈补偿控制

重载航空负载模拟器是用来模拟"C919"、"运-20"等重载飞机舵面工作载荷的地面仿真平台。设计了一种重载航空负载模拟器,采用非对称缸作为执行机构以在小体积下完成大载荷加载。为了消除多余力对重载航空负载模拟器加载精度的影响,分析了非对称缸正反向运动和大载荷变化下伺服阀流量增益的非线性变化对前馈补偿函数的影响,并设计了非线性参数估计控制器。同时分析了加速度等动态参数变化和静态参数的误差对多余力消除的影响,设计了参数最优控制器。仿真和试验结果均表明,相比于传统前馈补偿控制器,所设计的非线性最优前馈补偿控制器下的加载精度和多余力抑制能力提高了50%以上。     

舵机力矩负载模拟器的混合控制方法研究

对采用电液伺服控制实现加载的力矩负载模拟器进行了深入的分析和研究。针对多余力矩和参数变化问题,建立了准确的数学模型,并提出了一种新型的复合控制策略,它包括对扰动的定常补偿、内环鲁棒ＰＩＤ和前向误差比例积分３个组成部分。采用这种混合控制律,可以大大提高加载系统的鲁棒性和跟踪性能,使多余力矩减少９９％。     

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。     

基于扩展状态观测器的电动负载模拟器反演滑模控制

针对电动负载模拟器中存在的强位置扰动、摩擦、间隙非线性以及参数时变等不确定干扰,提出了一种基于扩展状态观测器的反演滑模控制策略。基于反演设计的思想,将电动负载模拟器分解为负载力矩子系统和永磁同步电机驱动子系统。对负载力矩子系统,利用带有滤波器的扩展状态观测器,消除量测噪声对系统的影响,同时估计出系统中存在的干扰,而后采用比例趋近滑模控制律,得出负载力矩子系统所对应的虚拟控制量;对永磁同步电机驱动子系统,利用常规扩展状态观测器估计出子系统中的复合扰动,采用非奇异终端滑模控制律,消除观测误差以及干扰对系统的影响,并得出系统所需的最终控制量。最后,利用李雅普诺夫方法证明了电动负载模拟器的稳定性,并通过实验验证了所提方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的DGMSCMG框架伺服系统振动抑制方法

针对带有谐波减速器的双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系统存在较低频率谐振点的问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)振动抑制的控制方法。在谐波减速器的输入端和输出端分别设计三阶扩张状态观测器,通过电机及负载端的角位置信号不但能够估计电机和负载的角速率,而且可以比较准确地估计到扭转刚度的非线性变化及外部扰动力矩引起的综合扰动,通过反馈及前馈补偿对综合扰动进行抑制。设计的基于扩张状态观测器的控制器抑制了框架伺服系统的振动、提高了框架的速率输出精度。仿真及实验结果表明了该控制算法是有效的并具有较强的鲁棒性。     

电液伺服加载的神经网络内部反馈控制

 针对电液伺服加载系统多余力问题，提出了一种反馈加载系统内部力差信号减少多余力的控制方法。为了消除液压非线性及参数变化等影响，进一步提出基于神经网络内部参考模型调节方法。该参考模型为无舵机扰动时的液压油缸负载压力方程，在加载过程中，将油缸的负载压力与参考模型输出比较，利用神经网络自适应调节能力，消除加载中舵机运动的速度和加速度干扰，同时也克服液压系统非线性，时变参数和扰动的影响，该方法有较好的适用性。     

Power characteristics of a variable hydraulic transformer

The flow control of hydraulic transformers is a great challenge.To meet this challenge,a new kind of hydraulic transformer,variable hydraulic transformer(VHT),is proposed in this work.This paper focuses on the power characteristics of the newly proposed VHT,including instantaneous power,average power,power pulsation,and efficiency.In the analyses,the concepts of efficiency,input power,output power,starting angle,and ceasing angle are defined or redefined.To investigate the power characteristics,their models are derived by considering the governing factors such as the control angle of the swash plate and the structure of the port plate.This work highlights that the load flow can be adjusted by adjusting the control angle of the swash plate,and the power characteristics at the B-port produce a remarkable change.In addition,the VHT has a starting angle and a ceasing angle,and these two angles can be adjusted by the influencing factors.The results reveal that the power pulsation and the jump points of the instantaneous power are the primary causes of a less smooth work.Then,it is shown that the control angle of the port plate,the control angle of the swash plate,and the pressures at the ports are the three key elements for a stable operation.The results also reveal that the adjustment of the influencing factors can improve the efficiency.     

航空燃油柱塞泵滑靴静压润滑油膜计算分析

滑靴与斜盘是一对重要的摩擦副,滑靴与斜盘之间的油膜润滑性能对燃油柱塞泵的使用寿命有很大影响.通过数值计算,得到了排油区滑靴油膜厚度与转子转角、斜盘倾角、油池压力、柱塞压紧力之间的变化规律,建立油膜厚度变化的微分方程,给出在吸、排油一个周期内,滑靴油膜厚度的动态变化规律.利用油膜计算方法,可以分析滑靴运动一周,滑靴与斜盘间的油膜润滑状态,从而为合理设计航空燃油柱塞泵滑靴与斜盘摩擦副提供理论依据.      

飞机喷口滑油泵斜盘操控性能的试验系统研制与调试

为在规定的θ-P试验条件下检测斜盘操控性能,喷口滑油泵测试液压系统中设置了3个固定孔径的节流器.通过对斜盘扭矩测试的试验方法、步骤及试验设备的介绍,以正向节流孔参数确定为例,建立了系统压力P与油泵斜盘角度θ的方程式,并通过标准泵的预置节流孔试验,获得了与油泵和节流孔结构形状有关的系数.再采用维算-试验测试-对比修改的试...     

纵-扭复合超声钻削TC4钛合金振动系统设计与试验

螺旋沟槽变幅杆能够实现超声振动模式的转换，对单激励纵-扭复合振动的实现具有结构简单和操作可行的优点。基于弹性波场论对超声波在复合变幅杆中发生模式转换的原因及振动特性进行分析，并从超声波的入射角入手，分析入射角对振动模态的影响。在圆锥复合变幅杆的圆锥段开设螺旋沟槽，建立三维模型，并进行有限元仿真和试验验证，结果表明超声波入射角的改变对纵-扭复合变幅杆的扭-纵比影响显著。当入射角为46.5°和67.2°时，在变幅杆的输出端纵振模态和扭振模态发生明显的变化，实测的扭-纵比前者较后者提高约5.1倍。通过普通钻削与超声钻削实验对比，在不同的入射角条件下，超声钻削的平均钻削力均低于普通钻削力。与入射角为67.2°时对比，当入射角为46.5°时，平均钻削力降低约46%，并提高了制孔的质量，从而为模态转换的纵-扭复合变幅杆设计提供一定的理论依据。     

参数对二分支斜齿轮传动动载和均载特性影响

采用集总质量法建立二分支斜齿轮传动系统的动力学模型及动力学方程,考虑轮齿啮合偏差和时变啮合刚度等激励因素,研究分别在不同支承刚度和不同分扭角度情况下,传动系统的动载系数和均载系数的变化规律,得出如下结论:①较大的支承刚度有利于改善传动系统的均载特性和运转平稳性,在16倍初始支承刚度下系统的均载特性已趋近于理想情况;②二分支斜齿轮传动系统的分扭角度对其动载系数和均载系数有较大影响,在分扭角度为110°时系统的均载特性最优;③即使1μm的轮齿啮合偏差也会对系统的均载特性产生较大不良影响,应严格控制.      

基于可编程逻辑控制器的超声电机测试系统设计

为了给工程技术人员提供易于操控的超声电机特性测试设备,设计了基于可编程逻辑控制器(PLC)的测试系统。根据超声电机常用的特性要求,利用力矩传感器输出的脉冲信号,通过PLC的高速输入口,用梯形图实现力矩和转速的采集和显示。通过可编程逻辑控制器配套的人机界面,实现了触摸屏对超声电机的测试进行操作。测试系统能够完成超声电机机械特性测试、超声电机自动加减载测试、超声电机带负载起动特性测试和超声电机手动测试等4种模式。通过试验对该系统进行验证,达到易于操作的要求。     

Singularity problem of control moment gyro cluster with vibration isolators

As powerful torque amplification actuators, control moment gyros (CMGs) are often used in the attitude control of many state-of-the-art high resolution satellites. However, the distur-bance generated by the CMGs can not only reduce the attitude stability of a satellite but also dete-riorate the performance of optic payloads. Currently, CMG vibration isolators are widely used to target this problem. The isolators can affect the singularity of the CMG system as they are placed between the CMGs and the satellite bus and provide additional freedoms to the CMG system due to their flexibility. The formulation of the output torque of a CMG is studied first considering the dynamic imbalance of its spin rotor and then the deformation angle as a result of the isolator’s flex-ibility is calculated. With the additional freedoms, the influence of isolator on the singularity problem is studied and a new steering logic to escape from the singular states is proposed.     

基于MED和LMD的自动倾斜器轴承广义Shannon熵谱分析

针对轴承信号微弱故障特征易被强背景噪声淹没的问题,提出采用最小熵反褶积,通过逆滤波器最优化设计,对目标信号进行降噪处理,其峭度值提高了约3.8倍,增强了信号的微弱故障特征;针对非平稳非线性信号频率成分复杂难以解调的问题,提出采用局部均值分解(LMD)和峭度-相关系数筛选准则,其可对非平稳非线性信号进行自适应分解和最优重构,提高了信号的信噪比;针对信号耦合调制及边频突出的问题,通过引入广义Shannon熵进行包络谱带内降噪处理,信号一阶故障特征调制频率与故障特征频率的幅度比降低了24%~43%。通过实验室信号及某型直升机自动倾斜器轴承故障诊断地面试验的分析结果验证了该方法的合理性和可行性。      

基于速度同步控制的电液负载模拟器

通过理论与试验相结合的方法建立了电液力伺服控制系统的精确非线性数学模型 ,从理论上对采用传统的结构不变性原理来消除多余力的方案进行了分析 ,找出了其效果有一定局限性的机理 ,说明电液力伺服系统的非线性和频率特性对电液负载模拟器的性能有较大的影响 ,进而提出了利用舵机伺服阀的控制信号进行速度同步控制、抑制多余力矩的新方案 ,消除了系统滞后的影响 ,另外 ,由于舵机与加载马达数学模型的相似性 ,对非线性起到了一定的补偿作用。仿真和试验结果证明该方案在系统的动态品质、鲁棒性和消扰能力等方面具有相当好的效果。