一体化大功率电动伺服机构设计技术研究

根据大功率电动伺服机构发展趋势,分别从结构一体化、大功率小时间常数永磁同步电机及空间矢量控制、高性能驱动控制等关键技术进行设计研究,研制出大功率、高频响、高可靠的一体化大功率电动伺服机构工程样机。实验结果表明,该样机具有动态响应快、负载鲁棒性强等特点,可为后续高性能一体化大功率电动伺服机构提供研制思路。     

高动态电动伺服机构1553B总线通信的设计与实现

目前1553B总线通信在航空航天领域应用广泛,电动伺服机构作为导弹控制系统的重要组成部分,大量采用1553B进行总线通信.高动态要求下电动伺服机构控制优先级一般高于1553B通信处理的优先级,主要介绍基于BU-61581S6总线接口协议芯片RT端软件接收数据的时序处理方法,保证高动态条件下提高1553B的通信速率和可靠性以及电动伺服机构的高动态响应.     

我国载人运载火箭伺服机构技术发展分析

研究了国内外载人运载火箭伺服机构技术的发展现状和趋势,分析了我国未来载人型号伺服机构可行方案,提出了大功率、四余度和新型机电控制等伺服机构技术重点发展方向,以及新型伺服能源和新型伺服机构多余度设计等创新重点.     

大功率电动舵机系统仿真技术应用研究

随着导弹性能的不断提升,电动舵机系统的功率越来越高,研制风险也随之提高,因此对大功率电动舵机系统的精确仿真也日趋重要.基于Matlab及ADAMS仿真工具建立了某大功率电动舵机系统的机电联合仿真模型,并对系统的动态响应进行了仿真.与实测结果相比,该模型能够较为准确地仿真实际舵系统,对提高大功率电动舵机系统仿真结果的可信度具有积极意义.     

大功率高动态电动舵机的一种电流抑制方法

为了在保证动态性的前提下有效抑制大功率电动舵机的电流,研究了大功率电动舵机的原理及其存在的大电流现象,分析了传统电流环在抑制电流时存在的缺陷,提出了一种基于分段控制思想的电流环设计方法,根据舵系统动态响应过程中的电流特性对电流环进行实时调参.仿真和试验结果表明,该方法既能有效地抑制电流,提高大功率电动舵机可靠性,又能保证其动态性.     

电气—液压伺服机构的设计

在较大功率的各种控制系统中,采用伺服阀的阀控制式电气——液压伺服机构,比单纯使用电气伺服机构的应答性好。在各种机械设备的合理化和自动化等方面,为了能进行刚性的高精度控制,最近广泛地采用了这种控制系统。这种控制系统按其不同的使用方法,有各种不同的组成形式,其常用的基本形式如图1所示。     

双余度机电静压伺服机构的故障隔离与重构技术研究

针对高可靠应用需求,介绍一型双余度机电静压伺服机构试验样机,采用一台非对称式液压作动器及与其集成于一体的两套伺服电机泵驱动组件。重点分析了余度机电静压伺服机构故障隔离和重构技术方案,采用含M型工位的两位四通电磁换向阀实现故障通道的隔离与卸荷,提出故障工况下将剩余正常通道的位置误差比例增益加倍的控制律重构方法。理论分析和故障模拟试验数据表明,双余度机电静压伺服机构具备突出的可靠性设计优势和良好的故障容错能力,具有应用于载人航天运载火箭的价值。     

电动伺服机构永磁同步电机的自抗扰控制

针对运载火箭电动伺服机构谐振频率过低,而传统陷波滤波器算法会降低系统的快速性问题,提出了一种基于自抗扰控制（ADRC）的微分前馈控制算法。在开环等效增益相近的情况下,比较了系统在传统PID控制和一阶ADRC控制方式下的阶跃响应和抗扰性能;对输入正弦指令的情况,比较了系统在比例+扩张状态观测器（ESO）和有限时间比例（FTP）+ESO这两种控制方式下有无输入微分前馈（IDF）的跟踪性能。仿真和实验结果均表明,在常规ADRC中引入IDF,可有效提高电动伺服机构对时变输入的跟踪精度。     

运载火箭伺服机构单点失效分析技术及其应用

针对航天复杂产品单点失效模式辨识和控制不充分的问题,介绍了一种运载火箭伺服机构单点失效分析方法。该方法将伺服机构按功能划分为能源、控制和负载力传递回路,每个回路再划分4个子回路,即基本功能子回路、机械连接子回路、电气连接子回路和密封子回路;再根据每个子回路的可靠性框图,判别单点失效环节。研究表明,此方法具备故障树(FTA)的自顶向下的分析路径和故障模式影响分析(FMEA)中的可靠性框图的判别逻辑,且重点考虑了传统分析中易忽视的连接附件,适用于复杂机电产品的单点失效分析。此方法已经在执行我国载人交会对接任务中得到应用,对于工程人员和年轻员工的培训也有借鉴价值和指导作用。     

面向电动航空的高温超导电机技术研究发展

超导电机因体积小、功率密度高和效率高等优势，在航空电推进中展现出重大的应用前景。对比分析了纯电力超导电动系统和混合动力超导电动系统的方案特点，突出超导电机对于大功率航空电推进的重要性。针对航空电推进超导电动系统对电动机和发电机的不同需求，对过去研究的高温超导样机的运行原理及结构拓扑进行归类综述，并总结分析了各自利弊。在此基础上，从超导技术、电枢绕组技术、转子技术、低温技术和绝缘技术这5方面对超导电机本体关键技术分别进行回顾总结。最后，梳理了当前超导电机在航空电推进中应用的研究进展，并对未来超导电动航空发展进行了展望。     

直接力与推力矢量复合伺服控制技术研究

随着飞行器控制技术的发展,直接力、推力矢量等控制执行技术在飞行器控制领域得到广泛应用。直接力与推力矢量都具有对飞行器姿态控制效率高,精度好等优良特点。直接力在调姿过程中,系统动态过程平稳,但对于大姿态偏差情况下,直接控制的系统调整时间较长;推力矢量控制在面对大姿态偏差情况下,系统调整时间较短,但系统动态过程平稳性较差。本文结合直接力与推力矢量控制特点,设计了直接力与推力矢量复合控制策略。以某飞行器为研究对象,建立了飞行器的动力学与运动学模型以及直接力与推力矢量模型,提出了直接力/矢量推力复合控制技术的分配策略。经仿真验证表明,复合控制方法及控制分配策略使控制系统具有较快的响应速度和控制精度。     

S/VTOL战斗机用推力矢量喷管技术的发展及关键技术分析

S/VTOL(short/vertical take-off and landing)战斗机用推力矢量喷管是飞机实现短距起飞垂直降落,摆脱对跑道的依赖,减小航母的设计难度,及显著提高飞机机动性能的关键技术,已成为第4代战斗机和战斗机用航空发动机的设计标志。结合不同时期推力矢量喷管的特征和不同战斗机对推力矢量的技术要求,对短距起飞垂直降落战斗机用矢量喷管的结构特点、工作原理及发展状况进行了归纳及总结。详细提出了S/VTOL战斗机用推力矢量喷管的关键技术,并对开展S/VTOL战斗机用矢量喷管技术研究提出建议。     

战斗机发动机推力矢量控制技术的应用

简述了战斗机发动机推力矢量控制技术的发展及实现方法,并从4个方面介绍了推力矢量控制技术的应用和技术性能,最后介绍了战斗机推力矢量控制的几项关键技术.     

气体二次喷射SRM推力矢量控制影响因素分析

针对固体火箭发动机气体二次喷射推力矢量控制方案,基于N-S方程和RNGk-ε湍流模型,通过对不同二次喷射工况下的流场进行数值模拟与分析,探索了气体二次喷射位置、喷射流量、喷射角度对推力矢量控制的影响规律。结果表明：喷管二次喷射位置靠近其扩散段中部时,推力矢量控制性能最优,就计算模型而言,侧向力和轴向力之比约达4％;推力矢量控制性能随气体二次喷射流量的增大而提高,但存在临界参数;二次喷射角度对推力矢量控制性能也存在一定影响,但影响效果较弱。的研究结果可为气体二次喷射推力矢量控制系统的研究与设计提供参考。     

基于微型涡喷发动机热喷流的无源流体推力矢量喷管的控制规律

流体推力矢量喷管型面固定、活动部件少、结构重量轻，能够为高机动飞行器提供有效的飞行控制手段，但无源流体推力矢量喷管热喷流的偏转控制规律尚未完全掌握。为了推进无源流体推力矢量技术的实用化，本文设计研制了适用于微型涡喷发动机的耐高温喷管模型，对该喷管在微型涡喷发动机热喷流状态下的控制规律进行研究。利用非接触光学显示和测量手段——红外热成像拍摄和粒子图像测速（PIV）技术对主射流流动特性进行研究，获得流动矢量角随二次流控制阀门闭合度变化的控制规律；利用六分量盒式天平测力实验研究无源流体推力矢量喷管的力学特性，获得推力矢量角随二次流控制阀门闭合度变化的控制规律。研究结果表明：该构型喷管在微型涡喷发动机热喷流下主射流连续可控偏转，最大流动矢量角为-12.3°/12.3°，最大推力矢量角为-12.9°/12.8°，控制规律接近线性，不存在主射流偏转突跳问题。     

流体注入的轴对称矢量喷管三维流场计算

采用Roe通量差分分裂格式对基于流体注入控制的轴对称矢量喷管内流场进行了数值模拟。流体注入的位置分别为前孔和后孔,注气压强比为0.75～2.0,注气流量比为2.5％～10.0％,矢量角变化范围为2.8°～7.8°。计算结果表明:随着注气流量和注气压强增加,流体注入所产生的喷管矢量角相应增加;注气位置对喷管矢量角影响较大,注气位置靠近喷管尾沿(后孔注气)比注气位置靠近喷管喉部(前孔注气)所产生的矢量角明显增大。     

推力矢量飞机平衡区的计算

通过对推力矢量控制下飞机动力学特性的分析，定义了飞机机动的平衡区并进行计算，确定了推力矢量在低速机动中对飞机平衡特性的决定性影响，并与常规飞机的平衡特性进行了比较分析。将以往用来分析飞机尾旋运动的分歧与突变理论（ＢＡＴＣＭ）推广到推力矢量飞机过失速平衡特性的计算中，确定了在不同的飞行状态及推力矢量系统配置下飞机过失速机动的平衡区。其结果有助于理解推力矢量系统的效用及其设计参数对飞机过失速机动能力的     

飞机／发动机推力矢量综合控制方法的探讨

根据已有研究成果,给出了飞机/发动机推力矢量综合控制系统的结构与控制逻辑,提出了研制飞机/发动机推力矢量综合控制系统对矢量喷管控制的要求和实现方法,最后对研制工作提出了建议.     

激波控制矢量喷管流动与工作特性研究

利用数值模拟方法,研究了激波控制矢量喷管的流场结构与工作特性,分析了射流流量、外流马赫数及落压比对喷管流动和性能的影响。结果表明:随着射流流量的增大,射流对主流产生的阻碍作用增大,使得注气缝上游的高压分离区增大,上、下壁面压差增大,矢量角增大;但射流流量过大时,激波会影响下壁面的压力分布,使喷管推力矢量性能降低。外流马赫数增加使喷管出口附近及上壁面注气缝下游壁面的压力降低,因此上、下壁面的压差减小,喷管的推力矢量性能降低。随着落压比的增大,注气缝上游的分离激波位置后移,注气缝下游分离区内的相对压力降低,使上、下壁面的压差减小;另外,喷管工作状态从过膨胀状态向欠膨胀状态转变时,压差产生的推力增大,喷管的推力矢量性能降低。     

喷管气动参数对推力矢量影响的数值模拟

以二元收扩喷管为对象,开展了基于二次流喷射的流体推力矢量技术研究。基于CFD技术,分析了激波矢量控制技术实现推力矢量的机理。重点分析了喷管落压比NPR,二次流总压比SPR,自由流马赫数Ma∞对流体推力矢量性能的影响。数值模拟结果表明:推力矢量的大小与斜激波的位置、角度以及流动分离区的大小有关。在所计算的参数范围内,推力矢量随喷管主次流的变化规律是:推力矢量角随NPR的增大逐渐减小;随SPR的增加,推力矢量角单调增加;在大落压比时,自由流马赫数对推力矢量的影响是有限的,而在低落压比时,自由流马赫数增加,推力矢量角减小。