星型齿轮传动非线性动力学建模与动载荷研究

本文建立了星型齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学计算模型,模型中考虑了原动机和负载惯性,齿轮副的啮合综合误差,齿轮的偏心误差,时变啮合刚度以及齿轮的啮合间隙。采用适当的广义坐标变换,将线性恢复力和非线性恢复力共存的动力学方程组统一成矩阵形式,用数值解法获得了在有间隙非线性的情况下受强参数激励和多频激励的系统的动态响应和动载荷历程。最后给出了一个算例,讨论了间隙、齿频误差和偏心误差对齿轮系统的响应、动载荷以及各星轮的载荷分配均匀性的影响。并研究了刚度和误差激励和间隙的相互耦合关系,得出了对星型齿轮传动设计和制造有意义的结论。      

弯扭复合大负载下电动舵机设计及性能试验研究

针对弯扭复合大负载工况下电动舵机快速性与稳定性匹配的问题,在分析有限空间质量约束下舵机设计要求的基础上,采用基于核心部件与系统仿真及试验验证相结合的手段,提出了一种高刚度高功率密度的抗弯扭复合大负载电动舵机设计方法。详细阐述了高功率密度伺服电机和高刚度传动机构的设计过程,并研制了工程样机。试验结果表明:该电动舵机伺服刚度与功率密度得到显著提升,在复合大负载工况下能够实现高动态高可靠稳定运行。     

电动舵系统颤振影响因素分析

针对电动舵系统颤振问题,将舵系统简化为双惯量模型,并在该模型的基础上分析了舵系统颤振的原因.通过对舵系统传递函数以及单自由度碰撞振动系统力学模型的分析,得出传动机构刚度、间隙等非线性因素以及负载惯量对舵系统稳定性的影响,并分析了各因素造成舵系统颤振的原因.通过数学仿真,验证了所得结论的正确性,并针对颤振抑制提出了相应的改进措施.     

直升机飞行操纵系统动刚度特性研究

对直升机操纵系统一个重要参数──动刚度特性进行了研究。在分析直升机操纵系统结构的基础上,建立了直升机操纵系统的力学模型和数学模型,并推导出直升机操纵系统动刚度的计算公式。用机械阻抗法对某型直升机操纵系统动刚度进行了分析计算。对某型机计算结果与试验结果进行了对比。计算结果与试验结果符合性较好,说明力学模型正确、计算方法可行。     

变频电机动态性能试验的负载系统研究

针对传统变频电机试验系统只能在固定转速下进行负载试验,研究了一种用于变频电机试验的多转矩类型负载系统。变频电机动态性能试验负载系统是根据感应电机的特性,建立数学模型,通过计算,快速调节感应电机的供电电压和频率,从而模拟出多种类型的动态负载。研究了变频电机动态性能试验负载系统的工作原理、模拟方法,并进行仿真分析,表明其可满足不同负载类型下的变频电机动态性能试验要求。     

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。     

基于积分鲁棒的电液负载模拟器渐近跟踪控制

电液负载模拟器(EHLS)是典型的电液力矩伺服系统,存在大量非线性特性和模型不确定性(特别是非线性摩擦),随着对电液力矩伺服系统跟踪性能的要求越来越高,传统线性控制策略很难满足加载系统的高性能需求,迫切需要设计先进的非线性控制策略。针对以上问题,建立了包含连续可微摩擦模型的系统非线性数学模型,基于Lyapunov理论设计了一种误差符号积分鲁棒控制方法。该方法能够克服模型不确定性对系统的影响,在舵机运动干扰作用下实现了系统的渐近稳定性能。实验对比结果验证了该控制方法的优良性能。     

基于测试数据的卡箍非线性等效建模方法

为了快速准确地计算卡箍管路系统的振动响应，提出了基于测试数据的卡箍非线性等效建模方法。对卡箍直管系统进行低幅值激励的模态测试，利用试验数据对有限元模型进行修正，识别卡箍线性刚度、线性阻尼参数。对卡箍直管系统开展不同激励水平下的恒力测试，通过样条插值多项式法将恒力频响函数转换为恒位移、恒速度频响函数，并进一步识别卡箍非线性等效刚度、非线性等效阻尼，建立了考虑卡箍非线性的等效动力学模型。研究表明:该卡箍等效动力学模型的预测频响函数与试验频响函数的最大误差仅为-6.9%，可以有效地反映卡箍实际的刚度、阻尼特性，对解决卡箍管路系统的振动响应分析具有重要的指导意义。      

单圆盘转子非线性振动模型及机理

根据转子非线性振动的力学性质及大变形假设,结合工程实际构建了转子非线性振动具有Duffing方程形式的力学模型,推导了非线性系统的等效频率和频响方程,研究了刚度元件、阻尼元件与非线性元件对系统振动的影响.通过单圆盘转子非线性振动实验,验证了非线性振动模型结构与Duffing方程求解及频响方程的合理性与有效性,揭示了共振、突变、滞后等非线性现象的机理,为转子振动特性分析提供了一种新的研究方法.      

基于有限元法的转子细观结构对宏观刚度的影响

基于有限元法,通过研究转子内部细观结构非线性环节对宏观系统动力学参数影响的规律,构建了降维映射函数的研究思路.针对某型航空发动机轮盘拉杆螺栓接触结构,通过适当简化转子模型,利用ANSYS软件分析轮盘不同偏心状况下,拉杆螺栓不同预紧状态对宏观刚度的影响,探究其刚度非线性特性.结果表明:螺栓均匀预紧,预紧力变化,转子系统非线性特征的变化趋势与偏心夹角有关;半数螺栓松动,偏心夹角越大、松动预紧力越小,非线性特征越明显.      

A practical nonlinear robust control approach of electro-hydraulic load simulator

This paper studies a nonlinear robust control algorithm of the electro-hydraulic load simulator （EHLS）. The tracking performance of the EHLS is mainly limited by the actuator＇s motion disturbance, flow nonlinearity, and friction, etc. The developed controller is developed based on the nonlinear motion loading model. The problems of the actuator＇s disturbance and flow nonlinearity are considered. To address the friction problem, the friction model of the loading motor is identified experimentally. The friction disturbance is compensated using the obtained friction model. Therefore, this paper considers the main three factors comprehensively. The developed algorithm is easy to apply since the controller can be obtained just with one step back-stepping design. The stability of the developed algorithm is proven via Lyapunov analysis. Both co-simulation and experiments are performed to verify the effectiveness of this method.     

Adaptive Nonlinear Optimal Compensation Control for Electro-hydraulic Load Simulator

 Directing to the strong position coupling problem of electro-hydraulic load simulator (EHLS), this article presents an adap-tive nonlinear optimal compensation control strategy based on two estimated nonlinear parameters, viz. the flow gain coeffi-cient of servo valve and total factors of flow-pressure coefficient. Taking trace error of torque control system to zero as control object, this article designs the adaptive nonlinear optimal compensation control strategy, which regards torque control output of closed-loop controller converging to zero as the control target, to optimize torque tracking performance. Electro-hydraulic load simulator is a typical case of the torque system which is strongly coupled with a hydraulic positioning system. This article firstly builds and analyzes the mathematical models of hydraulic torque and positioning system, then designs an adaptive nonlinear optimal compensation controller, proves the validity of parameters estimation, and shows the comparison data among three control structures with various typical operating conditions, including proportion-integral-derivative (PID) controller only, the velocity synchronizing controller plus PID controller and the proposed adaptive nonlinear optimal compensation controller plus PID controller. Experimental results show that systems’ nonlinear parameters are estimated exactly using the proposed method, and the trace accuracy of the torque system is greatly enhanced by adaptive nonlinear optimal compensation control, and the torque servo system capability against sudden disturbance can be greatly improved.     

电液负载模拟器的神经网络参数辨识

基于神经网络,提出一种根据参数上下界辨识系统参数的新方法。在建立电液负载模拟器模型的基础上,在待辨识参数的上下界内,使用神经网络对动态系统的参数进行辨识,找到一组参数使之满足对实际系统的最佳逼近,使系统在实际输入信号下能更好地复现实际系统的实际输出。并使用另一组实验数据检验辨识结果对实际系统的任意实际输入输出采样数据组的逼近程度。验证结果表明该辨识结果能很精确地逼近实际系统。该方法可用于一般复杂系统的实际参数辨识。     

Study on Friction Torque Loading with an Electro-hydraulic Load Simulator

This article, in order to precisely impose friction on aircraft and weapon actuation systems, presents a new friction loading method characteristic of “torque-zero velocity” switching control with an electro-hydraulic load simulator. As the general Stribeck friction model has little related to static friction, it proposes a “torque-zero velocity” switcher, in which a zero-velocity controller is developed to load the static friction and a torque controller the kinetic friction. With the help of mathematical modeling, this article designs a “torque-zero velocity” switching controller and, correspondingly, provides a “dual-threshold judgment” algorithm. Simulation results indicate that the proposed method can be successfully used to carry out the static and kinetic friction simulation with an electro-hydraulic load simulator.     

一种电液伺服系统非线性补偿方法

分析了一类电液伺服阀的中立位非线性特征及其对电液伺服系统的影响,提出了一种非线性补偿方法。根据电液伺服阀的非线性特性,推导出补偿方法的函数并且进行计算,结合传统的PID控制获得具有非线性特征的补偿控制器。以某型电液伺服阀和液压缸组成的电液伺服系统为例,进行仿真与分析。仿真结果表明提出的方法具有较好的补偿作用,能够减少电液伺服阀非线性对电液伺服系统的影响。     

基于移动渐近线方法的结构多刚度拓扑优化设计

基于人工密度指数法,结合序列分层优化方法和折衷规划法,提出并建立了一种求解复杂工况下连续体结构多刚度拓扑优化设计问题的多目标混合优化策略。连续体结构的多刚度拓扑优化设计问题本质上是一种非线性数学规划问题,以数学规划方法中的移动渐近线方法为基础,提出一种具有较佳全局收敛性和单调性特点的序列凸规划近似方法,该法对于目标函数复杂和多约束的拓扑优化问题具有更好的适定性。通过典型的数值算例证明了所研究方法的有效性。     

Integrated electro-hydraulic system modeling and analysis

The technical approach for the development of the computer model of an integrated electro-hydraulic system is presented. As an example, the development of the computer model of the Space Shuttle Electric Auxiliary Power Unit (EAPU) is discussed. The integrated model consists of power source, electric power distribution and control (EPD&C), and mechanical and hydraulic loads. The modeling and analysis results, model interface issues, EPD&C interactions with the power sources, and EPD&C interaction with the electro-hydraulic load are discussed . The selected computer tool facilitates the development of "submodel" corresponding to the subsystem in the integrated system. This modeling approach and the models developed for EAPU can be generalized and adapted for the detailed modeling, simulation, and analysis of other aerospace and commercial electro-mechanical systems     

鸟撞击的载荷因素对叶片响应的影响

本文以矩形悬臂板模拟真实叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。通过计算多个算例进行分组比较,分析了鸟撞载荷的冲量传递,加载持续时间,加载位置,载荷的空间分布等不同载荷因素对叶片响应的影响。为鸟撞击载荷过程的合理简化提供了依据。      

飞机电液伺服阀早期故障征兆诊断

电液伺服阀是飞机刹车系统的重要执行部件,影响着飞机的着陆安全。针对某型飞机电液伺服阀故 障多发的问题,运用一元线性回归分析方法构建刹车系统电液伺服阀的分析模型,根据分析模型和故障征兆判 据对电液伺服阀近期的工作数据进行分析和故障征兆诊断。结果表明:基于回归分析的故障诊断方法可以准 确地诊断电液伺服阀存在的故障征兆;早期故障征兆诊断可以预先发现电液伺服阀潜在的故障隐患,降低故障 发生率,显著提高飞机刹车系统的安全性和可靠性,也有助于优化维修策略和降低飞机全寿命维护成本。