电流变柔性微致动器致动过程研究

利用电流变液体阻尼阀效应设计了原型电流变柔性微致动器,建立了相应的力学模型,进行了柔性微致动器致动过程实验研究和三维致动过程的计算机图形仿真,并对电流变柔性微致动过程的位移、速度和加速度等运动学和动力学特征进行了分析研究。     

压电陶瓷微位移器的实验研究

 介绍了压电陶瓷微位移器的动、静态特性及其测量方法和实际测量系统。实验研究了逆压电效应型和电致伸缩型两种压电材料所构成的微位移器的性能。逆压电效应型微位移器位移线性度为０. １１％，重复精度±０. ０１μｍ，电压－位移灵敏度约为１μｍ／１００Ｖ。在２００Ｈｚ频段内，幅频特性平直，相频曲线呈线性，相位滞后量小于２５°；电致伸缩型微位移器的电压－位移呈非线性，所以位移量较大，对应电压５００Ｖ时，位移约为１２μｍ。微位移功能逆压电效应型适用于线性度要求较高的精密控制场合；而电致伸缩型则更适用于行程较大的控制情况。     

微动工作台的研制及特性研究

介绍了一种根据仿生学原理设计而成的由电致伸缩微位移器为驱动元件的大范围高精度的微动工作台，该工作台采用电致伸缩微位移器直接驱动的柔性铰链机构，使其既可以在小范围内实现高精度的微动，又可以实现大范围的宏动。同时还对工作台的特性进行了测试实验和分析。     

一种用于主动流动控制的气泡型微致动器

 面向先进主动流动控制，在国内率先研发了一种基于微机电系统(MEMS)的气泡型微致动器阵列技术。分析了气泡型微致动器用于主动流动控制的原理，阐述了致动器结构及其加工工艺。通过对气泡样件的压力载荷 变形行为的测试，表明其具有较好的线性和较大承载能力。结合不同翼型的风洞试验表明，微致动器作动可以影响翼型表面的压强分布，从而可用于增升等控制目的。     

MEMS微致动器对碟翼飞行器流动控制研究

介绍了微电磁致动器的工作原理和结构工艺,研究微型碟形飞行器周围特殊的空气流场,在碟翼的翼缘安装MEMS微致动器阵列,扰动边界层分离,从而打破飞行器的空中姿态平衡性,达到控制其进行翻转和俯仰等空中动作的目的。     

电流变柔性微致动器驱动电源的研究

针对电流变柔性微致动器所用的驱动电源,在理论上探讨了采用交流或直流供电方式的特点,并以此为基础设计了驱动电源的电路结构,然后针对驱动电源的关键技术做了分析,提出了稳定性补偿方案并进行了试验研究。试验结果表明电流变微致动器的分布电容对驱动电源的动态响应有很大影响。     

超小型纳米级驱动装置控制系统的研究

本文介绍了根据压电元件快速变形所引起的惯性力和摩擦力实现纳米级驱动装置的原理。针对微位移器的静、动态特性，研制了新型微位移器驱动源。试验结果证明，该驱动源大大改善了微位移器的过渡过程和动态特性，满足微步距驱动装置控制和驱动的需要。     

宏微复合进给机构及其在微细电火花加工中的应用

分析比较了几种现有进给机构的特性,说明了宏微复合进给机构的组成和工作原理,讨论了压电陶 瓷致动器的致动机理和制作时的注意事项。     

巨磁致伸缩材料作动器及其谐振频率研究

 快速倾斜镜（FSM）是自适应光学系统中提高系统传输精度的关键器件。针对快速倾斜镜的应用背景，采用巨磁致伸缩材料作为驱动组元，研制适用于新型快速倾斜镜的巨磁致伸缩材料作动器，并对作动器的输出位移、输出力及振动模态进行了研究。采用超高温度梯度区熔定向凝固法制备了具有〈112〉轴向择优取向的TbDyFe巨磁致伸缩合金,其10MPa预压力时平行于外磁场方向的饱和磁致伸缩性能达到0.175%，线性段磁致伸缩性能超过0.12%。所研制的巨磁致伸缩材料作动器的准静态位移超过±40μm，输出力达到1 000N以上，并且具有良好的动态响应。巨磁致伸缩材料作动器在1kg负载时的一阶共振频率达到97Hz。这为新型快速倾斜镜系统的研制建立了良好的基础。     

超磁致伸缩材料作动器的研制及特性分析

 采用自制的TbDyFe超磁致伸缩材料设计并制作了主动振动控制用超磁致伸缩作动器 ,并对其偏置磁场、激励磁场、静态特性、动态特性和主动控制减振效果进行了测试和分析。研究结果表明 ,作动器工作应变在TbDyFe材料的线性区 ,其总伸缩量可达 70 μm。低频动态特性好 ,谐频影响小。在自适应滤波控制方式下使用该作动器对正弦振动进行主动控制减振 ,减振效果达到 30dB。磁场均匀性对作动器输出特性有明显影响 ,采用Ansys有限元软件精确设计作动器激励磁场 ,可提高超磁致伸缩材料沿轴向磁场均匀性。     

Modeling and control of a novel electro-hydrostatic actuator with adaptive pump displacement

The variable pump displacement and variable motor speed electro-hydrostatic actuator (EHA), one of the three types of EHAs, has advantages such as short response time, flexible speed regulation, and high efficiency. However, the nonlinearity of its double-input single-output system poses a great challenge for system control. This study proposes a novel EHA with adaptive pump displacement and variable motor speed (EHA-APVM). A closed-loop position is realized using a servomotor. Moreover, the displacement varies with the system pressure; thus, the EHA-APVM is a single-input and single-output system. Firstly, the working principles of the EHA-APVM and the pump used in the system are introduced. Secondly, a nonlinear mathematical model of the proposed EHA-APVM control system is established, and a feedback back-stepping (FBBS) control algorithm is introduced to transform the complex nonlinear system into a linear system on the basis of the back-stepping control theory. Finally, simulation results prove that the EHA-APVM has a quick response and high robustness to variations of the load and the pump displacement. In this work, the size and weight of the motor are significantly reduced because the maximum power requirement is reduced, which is very beneficial for using the actuator in airborne equipment.     

Numerical investigation of aerodynamic flow actuation produced by surface plasma actuator on 2D oscillating airfoil

Numerical simulation of unsteady flow control over an oscillating NACA0012 airfoil is investigated. Flow actuation of a turbulent flow over the airfoil is provided by low current DC surface glow discharge plasma actuator which is analytically modeled as an ion pressure force produced in the cathode sheath region. The modeled plasma actuator has an induced pressure force of about 2 k Pa under a typical experiment condition and is placed on the airfoil surface at 0% chord length and/or at 10% chord length. The plasma actuator at deep-stall angles(from 5° to 25°) is able to slightly delay a dynamic stall and to weaken a pressure fluctuation in down-stroke motion. As a result, the wake region is reduced. The actuation effect varies with different plasma pulse frequencies, actuator locations and reduced frequencies. A lift coefficient can increase up to 70% by a selective operation of the plasma actuator with various plasma frequencies and locations as the angle of attack changes. Active flow control which is a key advantageous feature of the plasma actuator reveals that a dynamic stall phenomenon can be controlled by the surface plasma actuator with less power consumption if a careful control scheme of the plasma actuator is employed with the optimized plasma pulse frequency and actuator location corresponding to a dynamic change in reduced frequency.     

合成双射流控制NACA0015翼型大攻角流动分离试验研究

设计了一种卧式合成双射流激励器(DSJA),并对其在翼展中段控制NACA0015翼型大攻角流动完全分离进行试验研究,分析了合成双射流激励器两射流出口位置及射流能量对控制机翼流动分离的影响规律。结果表明:合成双射流激励器对机翼大攻角流动分离具有很强的控制能力,可显著提高机翼流动分离攻角;合成双射流激励器两射流出口相对分离点的位置是影响控制效果的重要参数;合成双射流激励器两出口任一出口位于分离点之前,且越靠近分离点,其对边界层分离的控制效果越好,并且当分离点位于合成双射流激励器两出口之间,且离第一出口位置较近时,合成双射流"接力"控制机翼分离的效果更加明显;与合成射流"单射流"相比,合成双射流"两射流"对分离点位置的有效控制区域明显增大。此外,提高合成双射流激励器的射流能量,其控制机翼流动分离的能力提高。     

考虑预设性能约束的运输机姿态容错控制

针对运输机舵面故障情况下的姿态容错控制问题,提出了一种考虑预设性能约束的自适应指令滤波增量反步(Adaptive Command-filtered Incremental Backstepping,ACFIBS)容错控制器。首先,构造运输机故障模型,在反步控制设计结构下,通过构造预设性能函数,保证外回路姿态角跟踪误差的动态性能。然后,考虑舵机偏转速率和幅值限制,引入受限指令滤波器和补偿信号,综合考虑气动参数不确定性,采用增量方法设计反步内环控制律。在此基础上,进一步考虑舵面故障情况,引入自适应方法及低通滤波器改进增量反步控制器。最后,通过理论推导和仿真试验验证了控制方法的有效性。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的容错性能,在不同舵面故障条件下均可实现对指令信号的预设性能跟踪,且在参数摄动情况下具有较强的鲁棒性。     

轴对称矢量喷管执行机构协同控制方案设计

针对在航空发动机轴对称矢量喷管控制中出现的3个执行机构非等时同步运动问题,根据同步控制原理对轴对称矢量喷管执行机构控制回路设计了2种协同控制方案,并通过全数字仿真及半物理试验对基于偏差比例的变电流协同控制方案进行了分析和验证.结果表明:在给定任意偏转角和方位角时,实现了轴对称矢量喷管3个执行机构等时同步运动,矢量偏转控制稳定、安全,且精度高、速度快.     

A novel fault tolerant permanent magnet synchronous motor with improved optimal torque control for aerospace application

Improving fault tolerant performance of permanent magnet synchronous motor has always been the central issue of the electrically supplied actuator for aerospace application. In this paper, a novel fault tolerant permanent magnet synchronous motor is proposed, which is characterized by two stators and two rotors on the same shaft with a circumferential displacement of mechanical angle of 4.5. It helps to reduce the cogging torque. Each segment of the stator and the rotor can be considered as an 8-pole/10-slot five-phase permanent magnet synchronous motor with concentrated, single-layer and alternate teeth wound winding, which enhance the fault isolation capacity of the motor. Furthermore, the motor has high phase inductance to restrain the short-circuit current. In addition, an improved optimal torque control strategy is proposed to make the motor work well under the open-circuit fault and short-circuit fault conditions. Simulation and experiment results show that the proposed fault tolerant motor system has excellent fault tolerant capacity, which is able to operate continuously under the third open-circuit fault and second shortcircuit fault condition without system performance degradation, which was not available earlier.     

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。     

一种新型传感技术的智能作动集成系统研究

针对传统飞行控制系统中的作动轴和位移传感器等执行部件,开展数字化、轻小型作动轴系统集成技术的研究进行了介绍。并介绍了该技术的设计原理、集成工艺、集成数字控制系统,成功在样机平台上实现了位移信号在结构件本体上的测量试验。     

压电纤维复合材料铺层用于翼面设计的驱动特性与刚度影响

压电纤维复合材料驱动器在形状控制、振动控制、颤振抑制与抖振控制等方面有广泛的应用前景。首先简单介绍了压电应变驱动的比拟载荷方法,并采用该方法讨论了压电陶瓷片状驱动器与压电纤维复合材料驱动器在驱动特性上的主要差异。在此基础上,对压电纤维复合材料在不同铺设方式、铺设角度与铺设层数下的驱动特性进行了分析,在刚度影响方面展示了不同铺设角度下模型刚轴的移动。分析结果表明:对称铺设反向电场可以同时获得弯曲与扭转变形,而反对称铺设同向电场主要获得扭转变形;两种铺设方式下45°铺设角均获得最大弦向转角,而0°铺设角将获得最大挠度;多铺层可以增加驱动载荷,但总体变形效果还取决于结构系统的刚度比例;对称铺设方式下铺设角对结构刚轴移动的影响非常明显,在气动弹性控制中应着重关注。