某型航天器推力矢量控制伺服机构的设计理论

针对某型航天器对伺服机构的要求,设计了推力矢量控制伺服机构.通过比较液压、气动和电动3种类型伺服机构的特点,选择了电动伺服机构.研究了包括机电作动器设计、驱动控制技术和冗余技术等电动伺服机构的3项关键技术.建立了双冗余电动伺服机构的二自由度动力学模型,对其动态性能进行了仿真研究.理论分析和仿真结果证明:电动伺服机构的方案设计合理可行,不仅满足航天器高可靠性、良好维护性等基本要求,而且满足控制系统的动态性能指标要求.     

伺服机构负载模拟系统设计与动态特性分析

针对火箭发动机喷管伺服机构的负载模拟问题,采用机械的方式,设计了一种可对伺服机构的惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、安装刚度以及发动机喷管柔性特征进行模拟的负载模拟器,并建立了模拟器和伺服机构数学模型。仿真分析了惯性负载、弹性力矩以及喷管柔性对伺服机构负载多自由度特性的影响。通过对伺服机构扫频实验,负载模拟器中的负载在一定范围内调节,可复现伺服机构实际工作中的动态特性。说明该负载模拟器结构设计合理,从而为具有多自由度特性的火箭伺服机构的负载模拟系统设计提供参考。该系统已经得到实际应用。     

某型液压伺服机构工作压力脉动现象分析

针对某型液压伺服机构压力脉动现象,分析并定位了引起压力脉动现象的主要环节。建立伺服机构Matlab/Simulink仿真模型,复现了压力脉动曲线,发现了液压泵控制活塞的阀芯阀套配合质量异常是导致压力脉动现象的主要因素。探讨了压力脉动现象对伺服阀性能的影响,得出了伺服机构压力脉动现象系液压泵调压机构性能下降导致,且低频小幅值压力脉动现象不影响伺服机构正常工作的结论。采用典型产品开展了实物试验,验证了结论的有效性。     

伺服反馈位移传感器的现状及发展趋势

反馈位移传感器是伺服机构系统的重要组成部分,在航天型号的研制中发挥着重要作用。对目前伺服机构系统配套反馈位移传感器的功能原理、特点及应用情况进行了介绍,并对其它类型的位移传感器的性能特点进行了分析,探讨了其用于航天伺服机构系统的可行性。同时,对伺服反馈位移传感器的发展趋势进行了展望。     

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。     

一种改进型导电塑料电位计研制

为了满足机电伺服机构对电位计更高耐磨高可靠的要求,研制一种新型导电塑料电位计。改进型导电塑料电位计在原电位计基础上对其结构和材料进一步优化,克服了现有的导电塑料式电位计在长期使用过程中电阻体在电刷反复摩擦作用下有绝缘磨削微粒析出,从而导致伺服机构在测试中出现突跳,影响伺服机构判读的固有缺陷。并大大提高了电位计的使用寿命,满足了机电伺服机构对高可靠、高耐磨、长寿命的导电塑料式电位计日益增长的研制需求。     

四余度伺服机构可靠性试验方法研究

由于四余度伺服机构高可靠性、短寿命设计的特点,使基于大样本长时间的指数分布可靠性试验方法难以奏效.根据四余度伺服机构纯耗损的故障机理,对其可靠性试验方法进行了研究,提出了基于威布尔过程的可靠性试验及参数统计方法.在3个基本假设的基础上,对故障率逐步提高的纯耗损型产品在寿命末期进行工作点线性化处理,认为短任务时间内威布尔过程瞬时故障率可近似等于当前工作点的指数分布故障率,把威布尔过程可靠性试验与指数分布可靠性试验有机地结合起来.试验结果表明,基于威布尔过程的可靠性试验方法可以大大缩短试验时间,节省试验费用,为高可靠性机电产品的可靠性试验提供了一种有效的途径.      

无人驾驶直升机纵向姿态运动的模糊控制研究

介绍了基于模糊逻辑的无人驾驶直升机纵向姿态运动的模糊控制系统设计方法，并根据直升机的飞行控制系统具有快速动态特性的伺服机构的特点，在Ｆｕｚｚｙ控制系统中设置滤波器，平滑控制信号，削弱伺服机构振荡运动，经仿真证明该控制方案是可行的。     

新一代运载火箭姿态控制技术

开展了新一代运载火箭姿态控制设计技术研究,推导了工程适用的姿态动力学模型,基于牛顿-欧拉法建立了刚体质心和绕质心运动方程、液体晃动方程,基于有限元方法建立了火箭弹性振动方程,弹性运动方程基于空间模态,反映了横向、纵向、扭转与助推器局部模态对火箭的姿态与载荷的影响.基于空间模态的姿态动力学模型研究了姿控系统设计方法,给出了工程适用的姿控系统设计方法.开展了容错重构技术研究,分析了伺服机构故障对姿控系统的影响,为提高运载火箭的飞行可靠性和抗故障能力奠定了基础.对主动减载技术进行了研究,能够对高空风产生的气动载荷进行主动抑制,放宽了发射条件,对新一代捆绑运载火箭姿控系统的设计具有重要的借鉴意义.     

液体火箭发动机自锁定机电伺服机构

针对我国新一代运载火箭"长征八号"批量生产和"三平"敏捷发射的需求,提出了大推力液体火箭发动机自锁定机电伺服机构方案.采用自锁定模块,设计了紧凑的串联式模块化机电作动器结构和谐振抑制控制策略,并进行了试验研究.结果表明,该方案可满足长时间水平运输零位锁定需求,具备重力力矩下长时水平测试能力,可抑制液体发动机的低频谐振,...     

全球导航卫星系统多星故障排除新方法

在全球导航卫星系统中,多颗卫星同时发生故障的概率会随着观测卫星数的增加而增加,从而,在接收机自主完好性监测中需考虑多星故障的处理.针对故障检测比故障排除简单、且故障检测率比故障排除率高的特征,以故障检测为基础,提出了一种新的多星故障排除方法——随机搜索法.该方法采用二进制对观测卫星进行编码,通过随机初始化方式获得初始无故障星座,再通过逐步搜索未选卫星方式来得到最终的含有最多无故障卫星的星座,实现故障排除功能.仿真结果表明:大部分情形下,新方法能获得99%以上的故障排除率,既能进行单星故障排除,也能进行多星故障排除,能有效满足全球导航卫星系统关于自主完好性的要求.      

基于键合图模型的SHA/EMA余度系统的故障诊断

针对液压伺服作动器（SHA）和机电作动器（EMA）组合的余度系统中故障模式复杂的问题,采用基于键合图模型的故障诊断方法,可以诊断出系统中多种参数故障。首先建立SHA/EMA余度系统的行为模型,然后根据因果关系倒置法转换成诊断键合图模型,进而推导出计算残差的解析冗余关系式（ARR）,并创建故障特征矩阵（FSM）作为故障隔离的依据。联立行为模型和诊断模型对可隔离故障进行诊断,并通过ARR估计故障参数以诊断不可隔离故障。选取典型故障进行仿真验证,结果表明可隔离故障和不可隔离故障均被成功隔离,验证了所提方法对SHA/EMA余度系统的故障诊断是有效可行的。      

最优故障检测滤波器设计

针对执行机构故障研究检测滤波器对噪声的鲁棒性问题。首先利用特征结构配置方法研究多故障情况下检测滤波器的设计问题,并给出其增益矩阵的基本结构,然后针对过程噪声和测量噪声研究最优故障检测滤波器的设计问题,提出求解最优增益矩阵的一种算法,最后采用某型号飞机方程进行仿真验证。仿真结果表明,最优故障检测滤波器可以有效的抑制噪声对系统的影响。     

基于故障建模的双余度舵机故障诊断技术

针对双余度舵机系统结构复杂、故障诊断困难的问题,提出了根据故障模型反向推理的故障诊断方法.在充分考虑各元件失效机理的基础上,将故障注入闭环系统建立典型故障模型.故障模型仿真了不同元件故障如何导致系统性能下降甚至完全失效.基于故障模型的仿真结果,对可观测到的异常状况进行分类和逆向推理归纳出故障诊断方法,并利用数学公式对一些故障量化评估.该诊断方法涵盖系统各元件,可快速定位故障元件,判断失效原因并进行定量分析,而且算法简单易于工程实现.      

基于键合图模型的传感器布局方法

为研究传感器布局对于故障诊断性能的影响,使用键合图方法对系统建模。通过在键合图模型中设置虚拟传感器模拟测点,利用键合图的结构信息和因果关系约束推导出一组解析冗余关系式,即系统残差,通过分析残差、故障及传感器配置的关系,提出了一种基于满足故障检测性和隔离性要求的传感器布局方法,在最大限度满足系统诊断性能前提下选择数量最少的传感器配置方案。最后,以同步发电机为例建立键合图传感器布局模型,通过残差推导其结构故障特征矩阵以及传感器特征矩阵,并对所提出的传感器优化布局方法进行验证,得出在参数性故障检测和隔离性能最高前提下的传感器配置方案。      

考虑FDR的测试性测定试验及其相关方法

针对装备研制过程中,缺乏试验手段测定产品测试性水平,确定其与规定要求间的差距的情况,界定了测试性试验和测试性测定试验的概念,在仅考虑测定故障检测率(FDR,Fault Detection Rate)的情况下,研究给出了基于功能相关特征矩阵和重要度特征的故障特征建模方法,构建了二元组故障特征模型,用于测定FDR试验的试验样本选取.在该种试验样本选取方法中,为了减少进行故障注入试验时,注入不同故障样本的工作量和复杂度,充分考虑了试验样本间的等效关系,定义了等价集合和等效样本的概念,并在此基础上给出了考虑等效样本存在的试验结果评估方法.该研究在某型导弹飞控系统中取得了很好的应用.      

考虑容错的平面二自由度过驱动机构力矩分配

针对过驱动机器人的故障驱动器数目不多于驱动冗余个数的情况,探讨如何进行故障前后的驱动力矩分配以保证机构具有容错能力.以平面二自由度过驱动并联机器人为研究对象,基于达朗伯原理和等效力方法建立其动力学模型,在此基础上分析了部分驱动器故障后机构的动力学方程,并进一步推导故障后容错力矩再分配方法.为减小故障后驱动力矩瞬时突变对机器人末端操作的影响,提出以故障前后的力矩差值平方和最小作为优化目标来进行过驱动机构力矩分配的方法.通过数据计算比较了采用传统方法和优化方法的各关节驱动力矩的突变量之和,结果表明所提出的优化力矩分配方法可以改善容错性能.      

基于模糊故障树法的清洗机器人安全性研究

提出用故障树形图分析法来分析机器人安全性.首先根据机器人设计方案及失效分析建立故障树模型,用故障树分析法对此模型进行定性和定量分析.针对系统底事件和中间事件发生概率情况获取不足的现状,将模糊集理论引入故障树分析法,将底事件(基本事件)发生概率描述为模糊数,通过模糊运算规则估计出整个系统的故障率.      

基于FSS-kernelBSS方法的机械故障诊断

机械设备发生故障时,故障特征的提取是很重要的.为了从观测信号中分离出不同的故障特征源信号,并根据分离信号准确地进行故障诊断,从观测信号样本出发,提出了基于有限支持样本核函数的盲源分离(FSS-kernel BSS)方法.此方法利用有限的观测样本估计信号的概率分布,得到了评价函数,具有很好的自适应能力.仿真试验结果表明:此方法能成功地分离超、亚高斯混合信号,与其他盲源分离方法相比,此方法具有更好的分离性能.将该方法用于转子不平衡和支座松动的复合故障信号的盲分离,分离出了各复合故障的主要频谱.分离结果表明:此方法应用于机械设备复合故障诊断中是可行的.