二自由度行波型超声波电机的研制

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机,其电机结构较复杂和实现相对困难,但其又具有独特的优点。从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,阐述此类电机所需要解决的一些基本问题,并就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构以及调谐问题进行了分析和介绍,具体提出了对心对中调节机构、外缘大倾角内缘线接触的行波定子、以及微调定子外缘倾角的调谐方法。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为119mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致,为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高和控制等奠定了一定基础。
     

高速永磁电机转子动力学特性研究

针对电机转子中硅钢片叠压及拉杆-叶轮的特殊结构形式,借助有限元方法对硅钢片装配过程进行仿真,获得硅钢片叠压结构横向弯曲刚度随硅钢片离散数目的变化规律,通过曲线拟合外推得到实际硅钢片叠压结构横向弯曲刚度;根据叶轮与转轴对接面的大小,对叶轮进行分割。以质量和刚度等效为原则,实现了硅钢片叠压结构和拉杆-叶轮结构的简化建模,并通过转子部件及整体的自由模态试验对简化分析模型进行了验证。最后通过转子的运转试验对前两阶临界转速的仿真结果进行了验证,前两阶临界转速的仿真结果与试验误差小于3. 1%。     

涡轮泵滚动轴承-转子系统高速运行试验研究

针对涡轮泵转子的具体结构特点,解决了高速运行试验过程中的支承、驱动、轴承润滑冷却、振动测量、转子高速动平衡及轴向力加载控制等问题。结合旋转机械故障诊断技术,提出了高速动平衡效率、转子支承状态及轴向力加载状态的优化方法,并在试验过程中对该优化方法进行了验证,实现了涡轮泵转子的高速稳定运行。结果表明:涡轮泵转子高速运行试验应采用刚性连接的柔性联轴器;涡轮泵转子高速轴承需采用高压直喷式供油;通过平衡效率优化可将非线性振动影响下的转子一次平衡效率由30%提高至73.7%;为避免高速运行时产生基础松动,试验中滚动轴承外环应采用紧配合安装;轴向力应沿轴承周向均匀加载,其大小应根据轴承-转子系统具体结构及运行状态综合分析确定。     

空间用二自由度球形行波型超声波电机

介绍了一种超声振动驱动的二自由度行波型超声波球电机的结构和机理,给出了其研制过程中若干关键问题的解决方案,阐述了实现其运动位姿控制采用的结构及控制方式,最后探讨了此类电机在空间机构的若干应用及所需解决的一些问题。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为120 mNm,空转转速12 r／min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致。该电机可用于各类空间机构。
     

电压前馈控制技术在矢量交流控制器中的应用

在电压源型异步交流电机矢量控制系统中，磁链与转速的解耦型式可分为转速、磁链闭环控制的直接矢量控制系统与磁链开环型的间接矢量控制系统。前者控制精度高，但需要准确的磁链信号，后者反应速度较慢，但能适应定转子互感和转子时间常数较宽的变化范围。本文针对直接矢量控制系统建立了电机的数学模型，研究并设计了电压前馈控制器，结合 Matlab进行了软件仿真，并采用自制的电机控制板进行了实验，测试结果表明直接矢量控制系统性能较优。     

真空环境下行波型超声波电机的特性

真空环境下由于缺少空气介质,靠摩擦驱动的超声波电机的特性会与常态 下发生较大的变化。采用行波型超声波电机常用的三种摩擦材料（环氧树脂、聚四氟乙 烯烧结和生聚四氟乙烯填充为基的摩擦材料）对比分析了常态和真空环境下的超声波电机的 机械特性。发现除环氧胶外,其他摩擦材料制成的电机真空下的堵转力矩都有所增大,而空 载转速全部降低。为了分析变化产生的原因,实验比较了真空环境下三种摩擦材料在常规、 驻波和行波状态下的动摩擦系数,实验表明除环氧胶外其它摩擦材料的摩擦系数比常态下都 略有增大,且相应电机的堵转力矩也都增大。其次实验研究了行波型超声波电机的瞬态特性 ,当真空度增加到10 -2 Pa后,电机的起动时间和起动电压都有明显的增加,即电 机起动和运行的阻力逐步增大,导致电机空载转速的降低。最后测试了声悬浮力大小,其数 值不超过预紧力的1％,不是真空环境下特性变化的主因。导致电机真空环境下堵转力 矩和空载转速发生变化的主要原因在于摩擦材料动态摩擦系数和起动与运行阻力的变化。     

涡轮泵准刚性转子的临界转速识别

以Jeffcott转子为对象,从理论上介绍了重力副临界现象。在转轴有限元模型及轴承支承刚度修正的基础上,对某大推力补燃循环液体火箭发动机涡轮泵转子的前两阶临界转速和振型进行了仿真分析。通过高速运行试验,借助重力副临界识别出了转子的前两阶临界转速,并与全转速运行的识别结果及仿真结果进行了对比,1、2阶临界转速识别结果误差...     

基于磁路法与等效热网络法的航天 永磁同步电机设计与仿真

针对航天永磁同步电机方案初步设计耗时长、过度依赖商业软件的问题，基于磁路法和热网络法，提出了一套方案设计阶段航天永磁同步电机磁热性能快速预估与仿真方法。给出了定子内径、定子外径、铁芯长度、匝数等关键参数的取值准则，建立了包含36个节点集总参数热网络模型，并以端部绕组为例给出了热平衡方程的详细推导过程。通过与成熟商业软件对比，其电磁计算最大误差出现在电流有效值上，偏差值为607%；与样机实测值对比，绕组温升最大误差为73%，满足方案设计阶段预示精度要求，为方案设计阶段航天永磁同步电机快速性能预估提供有力支撑。     

微型反作用飞轮技术

针对微小卫星姿控系统对微型飞轮的需求,设计了一种微小型、长寿命的飞轮.给出了微型飞轮的总体组成.控制电路采用数字量控制一体化设计,电机转子和轮体一体化设计,控制软件实现对飞轮两种工作模式四种工作状态的控制.介绍了轴承组件的润滑系统、预载荷设计和寿命预测,电机组成及特性、定子和转子,控制电路的微控制单元、电动驱动单元、电机电流采样反馈单元、飞轮温度采样处理单元、RS485通信接口电路及其电路元器件选用,飞轮控制软件需求、任务流程和运行模式等关键技术.地面和环境模拟试验考核表明:微型飞轮设计正确,各项性能指标满足微小卫星姿控系统要求.     

含固定转速驱动电机的挠性卫星自旋稳定性分析

分析一类含驱动电机挠性卫星的自旋稳定性,应用不变集定理证明了系统轨迹收敛于系统平衡点集,并通过构造正定的单调递减的类能量函数来判断各平衡点的稳定性质。获得的结论包括：由于挠性振动阻尼特性,在无外扰力矩作用时,含固定转速驱动电机的挠性卫星存在稳定的自旋;不含驱动电机的挠性卫星,稳定的自旋轴为其最大主惯量轴;驱动电机可改变挠性卫星的自旋轴,给出了稳定的自旋轴与电机转速方向夹角公式,该夹角为锐角;当电机转动角动量幅值远小于系统角动量时,稳定自旋轴接近最大主惯量轴;电机转动角动量幅值越接近系统角动量,稳定自旋轴越接近电机转动方向。文中也给出了稳定自旋轴平行电机转轴的条件。     

不同重力环境下空间机构电机驱动力差异

为了分析空间机构在不同重力环境中的驱动力差异，以单关节机械臂为研究对象，进行不同重力环境下直流电机驱动力差异分析。首先基于拉格朗日方程推导出单关节机械臂的动力学模型，为分析不同重力环境下，负载、摩擦和转速的变化对电机驱动力的影响，通过设计一套基于单关节驱动的机械臂试验装置，进行地面重力环境、地面模拟微重力环境和落塔微重力环境试验。然后基于试验数据详细分析了不同重力环境下空间机构电机驱动电流的差异，并基于试验数据对电机动力学方程中的摩擦参数进行辨识，从而获得基于试验数据修正的机械臂动力学仿真模型，为空间机构动力学设计与应用提供理论与试验依据。     

陀螺电机测试及分析系统的研究

为了提高陀螺电机动态性能的测试精度和测试效率，进而控制该性能，开发了一套测试、分析系统。通过一系列的实验及信号处理，该系统将测得的转速──时间曲线转化为机械特性曲线，分析该曲线，找到了影响电机机械特性的因素，并由此提出相应的建议。测试系统具有测试精度高的特点，可作为将来分析的判据。     

具有初始弯曲的压气机转子振动特性分析

通过Jeffcott转子建立了转子初始弯曲结构模型,推导了初始弯曲转子的振动响应,仿真分析了弯曲因子和初始弯曲相位角对转子振动响应的影响,总结了初始弯曲转子的振动特性和规律。在理论分析的基础上,开展具有初始弯曲的压气机转子运行试验,分析了该初弯转子的振动特性,对比了平衡状态对该初始弯曲转子响应的影响。结果表明:初弯转子起动时的响应幅值等于初始弯曲幅度,响应初始相位与初始弯曲相位大小相等,方向相反;初始弯曲不会改变转子的临界转速,但会影响转子的共振幅值和相位,只有初始弯曲相位角为0°或180°时,共振相位才等于90°;初始弯曲对刚性转子或准柔性转子振动的影响较大,而对柔性转子振动的影响相对较小;初弯转子在某一转速区内响应振幅会出现一"凹坑",初始弯曲相位角越接近180°,"凹坑"底部对应的振幅越小;初弯转子响应幅值"凹坑"对应的转速范围随着平衡精度的提高而向高速区移动,当"凹坑"对应的转速范围落于共振转速区内时,转子的共振峰值可降至最低。     

某滑动轴承-转子系统次同步失稳机理分析及试验研究

通过简化的轴承转子系统模型,分析了次同步失稳机理,给出了次同步失稳解决方案。在试验台架上进行了5叶可倾瓦滑动轴承支承的柔性转子系统运转试验,当工作转速处于2和3阶临界转速之间时,观察到了明显的次同步失稳现象,获得了失稳门槛转速,分析得出轴承中环形流体周向平均速度系数。通过修改转子结构,提高低阶横向弯曲临界转速,有效消除了次同步失稳,实现了试验转子的超高速稳定运行。     

高速无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究进展

为了满足新一代卫星平台高精度、高稳定度的需求,研制了一种磁悬浮惯性执行机构用功耗低、精度高、体积小、重量轻的高速无刷直流电机,提出了多约束条件下电机定子结构和转子磁体结构的设计优化原则及方法,并就高精度的锁相速度控制以及铁耗和转矩脉动的抑制方法进行了研究.对比分析了国内外高速永磁无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究现状,指明了所提出的设计原则和控制方法对提高磁悬浮惯性执行机构整体性能的有效性.     

基于遗传算法的低比转速高速泵优化设计

针对低比转速高速离心泵在理论设计和实际应用中存在的三个主要问题,即扬程流量特性曲线易出现正斜率上升段、汽蚀性能差和效率低的问题,提出了利用自适应遗传算法求解低比转速高速离心泵优化模型的方法。数值试验表明,自适应遗传算法在求解复杂最优化问题时具有广泛的适应性和良好的精度,可将其应用于某低比转速高速离心泵的优化设计中。试验研究表明,该泵取得了良好的性能指标,达到了优化设计的目的。     

定时机构指令时间超差原因分析

经多次例行检验证明,定时机构指令时间超差的原因在于:离心限速开关两触点之间,有一个较大的烧蚀结瘤,两触点之间的间隙减少,常处于闭合状态,限制了电机转速;属于长时间工作耗损所致。应适时更换电机或离心限速器,以保证定时机构正常运行。     

涡轮泵叶轮/转子配合间隙对稳定性的影响

涡轮泵是液体火箭发动机的动力核心部件.涡轮泵工作时叶轮等组件随转子系统高速运转,其松脱转速是影响涡轮泵转子系统动力稳定性的主要因素.而确保涡轮或叶轮内径与转轴外径之间的工艺配合尺寸设计的合理性,就能够将松脱转速控制在安全范围内.以某涡轮泵为研究对象,分析了高速运转时涡轮、叶轮过盈量大小对转子运行状态的影响规律.同时,给出了最小松脱转速下设计过盈量的大小,并在理论分析的基础上进行了试验验证.     

推力矢量控制电动伺服机构的双模控制研究

针对推力矢量控制电动伺服机构控制器的可靠性与冗余设计问题,提出了一种基于有无位置传感器的双模控制器方案,分析了双模控制器的原理与无位置传感器运行模式下的转子位置检测技术,利用电机的反电动势过零点获取电机转子位置信息的方法,设计了分压电路、带通滤波器、比较器构成的反电动势过零检测电路,通过电动伺服机构平台的试验验证,表明采用双模控制器的电动伺服机构能独立工作或自动平滑切换工作,克服了单一工作模式的不足之处,节约了冗余设计的空间与成本。     

磁悬浮飞轮与机械飞轮干扰特性的对比分析

针对飞轮在工作过程中对航天器姿态控制精度和稳定度所产生的不利影响,提出使用干扰模型来对比分析和研究磁悬浮飞轮与机械飞轮的干扰特性。通过建立飞轮系统的数学模型,得到机械飞轮与磁悬浮飞轮的平动及转动的干扰特性,比较和分析两种飞轮干扰特性的相同点和不同点,运用试验对分析结果进行验证。研究结果表明,高速转子的不平衡振动是产生飞轮干扰的主要原因,机械飞轮由于支承的固有特性使得干扰的频率成分相对比较复杂,采用磁轴承使得高速转子与支承之间具有一定的间隙存在,所以转子的陀螺效应表现得更为明显,当飞轮转速达到转子系统反向涡动频率时会产生较大干扰。