高功率密度电动伺服系统高压驱动关键技术研究

高功率密度电动伺服控制系统的性能、可靠性与控制系统结构、主电路功率开关器件的驱动和保护设计密切相关.针对当前大功率高功率密度伺服系统快速发展的迫切需求,为使伺服系统具有优异的控制性能,且保障高压功率开关器件能稳定、可靠的工作,提出一种基于数字信号处理器和可编程逻辑器件组合的多轴高性能电动伺服控制系统设计方案.重点研究了主电路功率开关器件IGBT的驱动电路和吸收保护电路结构及参数优化方法,并提出一种集隔离、驱动、保护一体化软硬相结合的双重过流保护方案,详细说明了各保护参数的计算方法,所设计的四轴驱动控制器功重比达5.2kW/kg,伺服系统功重比达0.49kW/kg.实验结果证明:该伺服驱动控制系统具有实时性强、动态响应快、功率器件驱动保护电路性能稳定、可靠性高等优点.     

轴对称推力矢量控制伺服机构空间运动解耦研究

针对由发动机摆动喷管矢量控制的两个伺服机构间的牵连效应导致的伺服机构运动耦合问题，提出了一种新型空间解耦计算方法。该方法利用欧拉角描述喷管姿态，通过空间齐次坐标变换矩阵原理对两路喷管伺服机构进行解耦计算，得到了两路伺服机构的伸长量解析解，确保了控制指令的精确，并通过ADAMS虚拟样机仿真验证了该计算方法的正确性。仿真实验结果表明，此计算方法与虚拟样机的仿真结果完全吻合，计算精度高，可以对喷管任意姿态进行运动精确控制。     

基于等效元素法的机电作动器传动机构动力学建模与分析

目前机电作动器传动机构存在刚体数目多、传动链长、动力学模型难以建立的问题。通过引入规范化的动力学建模方法——集中质量等效元素法,建立了某机电作动器传动机构的动力学模型,包括等效系统质量阵、等效系统力系和系统自由坐标与广义坐标之间的雅克比关系阵,并得到了其解析动力学方程;结合方程在ADAMS平台进行动力学逆求解仿真,得到了30°大行程位移信号和8Hz频率信号两种工况下的系统载荷响应曲线。随着负载转动惯量增加,电机动载系数达到1.34,丝杠动载系数达到1.55;外部负载不变时,随着驱动信号幅值增加,电机动载最大系数达到1.23。分析表明随着机电作动器系统外部惯性负载及系统运动速度的提高,由外部惯性负载及自身传动机构产生的动载效应明显,为机电作动器传动机构优化设计提供了理论依据。     

一种高功率密度电动舵机的设计

针对飞行器的速度和机动性不断增加,对舵机的高功率和小型化等要求越来越高的问题,设计了一种高功率密度电动舵机.从一体化本体结构设计、高功率伺服电机设计和轻质化材料选用等方面对电动舵机进行了研究分析.最后对该电动舵机进行了性能测试.试验结果表明,该电动舵机能够承载8000N·m弯矩,并且输出功率密度比常规电动舵机提高了50％以上.     

滚珠丝杠舵机传动机构形式分析研究

针对滚珠丝杠舵机常用的曲柄滑块和拨叉两种传动机构形式,对舵机的减速比和间隙特性进行对比分析研究。拨叉舵机的减速比波动较小,在0°时为最小值,两边呈现对称状态,而曲柄滑块舵机的减速比为不对称状态。曲柄滑块舵机比拨叉舵机产生间隙的环节较多,但间隙易于控制,而拨叉舵机由于结构磨损产生的间隙增大现象较为明显。     

大功率高性能航天伺服系统发展综述

回顾了电动、电静液伺服系统国内外发展历程与研究现状,针对未来航天飞行器对伺服系统在结构强度、空间体积、环境适应性、性能指标等方面提出的新要求,在综合评价电动、电静液伺服系统性能的基础上,指出了机载功率电传一体化电作动系统关键技术与设计难点,并提出相应的解决思路,对未来一体化电作动系统发展进行了展望。     

大惯量下电动伺服机构非线性特性与控制方法研究

针对高超声速飞行器非线性影响飞行姿态控制问题,分析了电动伺服机构中传动间隙、刚度、摩擦力矩等非线性因素的影响,并讨论了由间隙引起极限环的定义及产生条件。针对传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的翼面加剧振荡问题,建立了系统间隙极限环模型和非线性振动模型,并提出了间隙补偿器设计方法。重点研究了间隙、翼面转动惯量、刚度及干扰力对伺服控制系统的影响规律。通过在内环增加间隙补偿器的基础上,在外环引入速度、加速度负反馈设计方法,解决了大惯量舵面下控制系统抖动问题,仿真和试验结果证明了这一理论是正确的。