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。     

电液被动式加载伺服系统的工程实践

飞行器的负载模拟器就是被动式加载装置之一,简称加载装置或称加载器。它是飞行器做地面模拟实验的重要设备,用以考核飞行器的舵机承载能力。对一些负载特性软的舵机(如气压舵机),在受载和不受载时,共舵机特性变化较大。舵机承受载荷的能力,关系到飞行器能否安全飞行和准确击中目标,可见通     

基于二次调节原理的力矩负载模拟器中压力波动的补偿

 基于静液二次调节原理的力矩负载模拟器具有能够连续高速旋转和无多余力矩的特点。在恒压网络中,二次元件的力矩输出与其斜盘倾角成正比,即：如果系统压力出现波动,也将导致输出力矩的波动。导致系统压力变化的原因可能是油源压力脉动,但更主要是负载的变化。为了研究压力波动的影响及补偿,建立了基于静液二次调节原理的力矩负载模拟器,给出了仿真参数,并在此基础之上进行了仿真研究。为了提高力矩跟踪精度,提出利用斜盘倾角传感器和系统压力传感器来进行压力补偿,可有效地将系统压力波动对于力矩输出的影响抑制到20%左右。仿真和试验验证了此补偿方法的有效性。     

直升机工程模拟器研究与应用

飞行仿真技术被广泛用于飞行器的方案论证、设计分析、试验评估、维护和训练。飞行模拟器是典型的人在回路实时仿真系统,工程模拟器是用于工程研究的飞行模拟器。本文叙述了直升机飞行仿真技术的发展概况,介绍了直升机工程模拟器研制、应用情况及关键技术。     

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。     

轴系刚度对新型空气动力负载模拟器的影响

新型空气动力负载模拟器是在传统的电液负载模拟器上增加一个位置同步马达,补偿由舵机主动转动产生的位置扰动。理论和实验研究表明 ,由于同步马达与加载马达之间,舵机马达与加载马达之间不可避免地存在机械连接环节 ,即使同步马达与承载马达完全保持位置同步,加载马达轴和壳的相对速度以及多余力矩也不能百分之百被消除。     

一、研究压力控制伺服阀任务的提出及进展情况

为了在实验室里按照不同的飞行条件,随意地模拟飞行器在空中各种飞行姿态下所受的空气动力,就要设计一套理想的负载模拟器。而寻求一个符合要求的电液伺服阀又是设计负载模拟器的关键。近年来,国内外在这方面都做了很多研究工作。根据国外资料报导和兄弟单位的实践经验,设计一个大予开口、高响应的、抗干扰能力强的、带负载压力反馈     

基于反作用发动机推力的空天飞行器再入姿态飞行控制

研究了空天飞行器(ASV)再入跨大气层飞行时的姿态控制问题。在ASV跨大气层再入飞行时,通过反作用控制系统(RCS)中的反作用发动机推力产生控制力矩来控制ASV的姿态,以补偿气动舵面操纵失效或者部分失效而引起的控制力矩不足;随着空气密度的增加,气动舵面逐步介入控制系统,RCS随之逐步退出.由于快回路控制器产生进行姿态控制所需要的控制力矩,其通过相应的控制分配将控制力矩映射到作动器,为了减轻作动器的抖振,提出了利用基于区域模型的T-S模糊多模型控制方法设计快回路控制器,在跟踪期望角速度的同时,柔化控制信号.最后通过仿真验证了所提方法的有效性.      

基于非线性动态逆的SRLV再入段控制律设计

基于非线性动态逆理论,设计了亚轨道可重复使用运载器(SRLV)的再入控制律.首先,分析了SRLV再入段的数学模型,并给出了反作用推力控制系统(RCS)的控制模型;其次,将非线性动态逆方法与时标分离原则相结合,考虑飞行器姿态控制系统的外环角回路的慢变特性和内环角速度回路的快变特性,独立设计了两个回路的控制律;最后,为了增强系统的鲁棒性,分别在两个回路中引入了比例-积分反馈,有效地抑制了干扰力、力矩和非线性对消带来的逆误差.仿真结果表明,设计的控制律对SRLV再入段具有很好的控制效果.     

全数字式操纵负荷系统设计及实现

操纵负荷系统是人在回路仿真系统中的负载模拟装置,它要完成对飞行员十分敏感的驾驶杆力和脚蹬力的仿真,其部件模型的设计满足了操纵负荷系统的通用性。此操纵负荷系统在某型机工程模拟器上的应用测试结果表明,该设计符合直升机飞行模拟器鉴定标准的C级要求。     

高超声速冲压发动机-飞行器计力体系讨论

从吸气式高超声速飞行器受力分析出发,讨论如何统计飞行器受力的问题,建议在研究中使用增量法。这种方法将冲压发动机冷、热工况产生的力(力矩)增量视为飞行器运动分析中所需的"发动机推力或拉力",这个力或力矩分别叠加在飞行器冷通气状态的力或力矩上。这样,就与传统的飞行器运动方程中的力建立了一一对应的关系,可最大限度地使用以往建立的数据获取方法、分析软件、实验技术体系,将给后续工作带来极大的便利。另外,使用此方法,实验容易获得高质量的数据,通过大量容易组织的冷态实验也可使数值模拟的准确度大大提高,使未来飞行器的运动分析结果更可信。在这个体系下,内流道的冷工况阻力(轴向力)是高超声速冲压发动机与飞行器一体化需考虑的重要问题,一方面飞行器总体任务设计需限定内流道冷阻范围,另一方面要使发动机在要求的冷阻范围内高效工作,后者是高超声速发动机研究面临的严峻挑战。     

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。     

三维内转式进气道对双旁进气飞行器力矩特性的影响分析

为了研究三维内转式进气道对飞行器力矩特性的影响规律,对一系列设计状态为Ma=6.5的内转式进气道展开力矩特性研究。对不同布局形式,进气形式以及基准流场中心体的内转式进气道对飞行器力矩特性的影响展开分析研究。研究结果表明,对于内转式进气道而言,有连接板的水滴型进气道双侧布局力矩特性较优,且容易满足飞行器总体需求;布局形式对进气道的力矩特性影响最显著,进气形式对侧滑力矩的影响比基准流场中心体影响更明显,而抬头力矩和滚转力矩受基准流场中心体影响更加突出;中心体在0~0.1Rs(Rs为基准流场入口半径)变化时,抬头力矩变化不大,而在0.1~0.2Rs抬头力矩变化明显。     

飞行器RCS控制力矩辨识方法研究

对于依靠RCS(反作用控制系统)进行控制的返回舱等跨大气层飞行器,如何获得其在真实飞行条件下RCS的控制力矩一直是一个难题。本文提出了采用系统辨识技术得到RCS控制力矩的思路,研究建立了基于最大似然准则和牛顿-拉夫逊迭代算法的参数辨识算法模型。仿真辨识及对某飞船返回舱实际飞行数据的辨识结果表明,本文建立的方法是有效的,利用其能够对飞行器的气动力矩和RCS控制力矩同时进行有效辨识。     

飞行器动力模拟器校准箱试验技术研究

本文介绍了气动院飞行器动力模拟器校准箱系统的基本结构和组成、校准箱测控系统、校准箱工作原理、试验方法和数据处理方法，给出了引射式动力模拟器和TPS在校准箱中首次试验的结果和讨论。结果表明，CARIA校准箱是先进的飞行器动力模拟器校准设备，可以满足对动力模拟器推力和流量的精确校准，其总体试验技术和测量精度已经达到国际先进水平。     

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％。     

非线性气动恢复力与飞行器动稳定性

复杂流动中,飞行器非定常气动数值计算后的参数辨识、飞行器模型的风洞定常测量、风洞动态(风洞自由飞)测量均显示了飞行器非线性气动刚度项(气动恢复力项、如俯仰力矩 攻角曲线Cm θ)将出现局部静不稳定( Cm/ θ>0)。　　飞行器气动恢复力对运动稳定性影响以往讨论较少,本文讨论了非线性气动恢复力局部出现静不稳定条件下的动稳定特性,其特点是突跃性、单边性与不确定性。飞行器飞行遥测数据分析支持了上述动稳定特性的描述。     

基于翼面压力的飞行器气动力感知技术与自由飞验证

飞行器在大迎角飞行状态下其复杂绕流流动会导致非指令运动出现,严重影响了飞行器的操纵性与飞行安全。现有以惯性元件为核心的机载设备无法直接提供非定常气动力参数,而如何实时感知飞行器大迎角状态的非定常气动力/力矩,是抑制非指令运动现象的核心所在,将是未来战机设计中亟待解决的空气动力学和飞行控制的关键问题之一。针对上述问题,提出基于翼面压力信息获取特征截面滚转力矩系数C_lsec,估算飞行器全机在大迎角状态下的非定常气动力矩,进而判断飞行器的滚转运动的设想。风洞和飞行试验研究结果表明：对于80°/48°双三角翼,0.8c特征截面滚转力矩系数C_lsec与模型滚转力矩存在相关性;在飞行器进行大迎角平飞动作时,非指令滚转运动下的滚转力矩系数C_lsec大幅增加;C_lsec能够比惯性传感器提前预测模型的滚转运动趋势,可为飞行器大迎角状态的非指令运动抑制提供一定数据依据。     

高超声速再入飞行器的多孔流动控制

针对高超声速再入飞行器流动控制问题,提出一种头部进气、尾部排气的多孔流动控制概念。采用Fluent软件针对高超声速再入飞行器无孔模型、排气孔模型在马赫数为6,高度为25km状态下开展了三维雷诺平均N-S方程(RANS)数值模拟研究。结果表明:排气孔模型阻力系数略有增加,下排气孔(SH-DB)模型产生正的升力系数增量和低头力矩增量,上排气孔(SH-UB)模型产生负的升力系数增量和抬头力矩增量,实现了无活动气动面产生控制力矩的目的,为高超声速再入飞行器复合控制提供了参考。      

弹簧杆校正原理及其在力矩控制系统中的应用

 为了掌握自动飞行器的工作特性,在它飞上空中之前,工程技术人员要在地面进行各种仿真试验。研制力矩控制系统的目的在于模拟随高度、速度变化且连续作用在飞行器翼面上的气动铰链力矩。这种装置广泛应用于各种型号舵机。 我们研制的力矩控制系统力案如图1所示。