大功率机电静压伺服机构动态特性研究

针对大功率机电静压伺服机构在摇摆未来火箭发动机中的潜在应用,研究了其高动态实现的技术途径。结果表明,相对于大惯量摇摆发动机自身偏低的结构固有频率,泵控液压作动器可以有足够高的液压固有频率。采用结构一体化的伺服电机泵和伺服机构本体设计,可以消除传统连接导管等对液压固有频率的负面影响,结合成熟的伺服电机驱动控制技术,可以实现满意的频宽。通过进行理论仿真分析、样机设计制造和试验研究,在1000 kg·m2大惯量模拟负载条件下,输入5%满幅值指令时,10 kW级别样机的-3 dB幅频带宽达71.2 rad/s,-45°相频带宽达18.5 rad/s,且负载谐振抑制性能良好。由此可见,机电静压伺服机构具备应用于火箭摇摆发动机之类的大功率场合的高动态能力。     

提高大功率机电静压伺服机构动静态性能控制算法研究

提出融合陷波器、非线性PID和前馈的提高大功率机电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)动静态性能的控制算法。陷波器用于抑制负载结构谐振。在此基础上,设计非线性PID和前馈算法,研制了样机,解决了纯比例控制器难以兼顾静态精度、谐振峰值和相位的问题;建立了数学模型,研制样机,并进行了系统仿真和试验研究。结果表明:采用惯性模拟负载台(转动惯量1000kg·m~2),进行0.1°频率特性测试,相比以往算法,在负载结构抑制效果相当的情况下,跟踪精度提高一倍,-45°相频带宽从18.5rad/s扩展至25rad/s,验证了机电静压伺服机构实现大推力火箭发动机高性能摇摆控制的可行性。     

一种机电伺服机构数字化设计集成优化技术及应用

以航天机电伺服机构为应用对象,给出机电伺服机构集成优化系统的开发背景,提出涵盖机电伺服机构总体、结构、控制3个专业的集成优化系统开发方案;研究基于流程集成及设计优化环境(ModelCenter)的机电伺服机构设计常用数字样机软件(包括Pro/E,ANSYS,ADAMS,AMESim)的包装技术;针对某机电伺服机构总体参数设计问题,提出两种优化方案,并对优化结果进行对比,给出机电伺服机构集成优化系统的关键技术及应用情况.     

封闭式级间分离条件下机电伺服机构环境适应性研究

通过对比封闭式级间分离方案与开排焰窗口级间分离方案的差别,给出封闭式分离时序设计和特殊环境条件,并结合在固体飞行器飞行姿控执行机构中首次应用的机电伺服机构工作特点,对机电伺服机构在封闭式级间分离条件下的扰动力矩、憋压和热流等环境适应性进行分析,为封闭式分离方案下的伺服机构设计提供参考。     

一种分级供电的电热炮电源系统

针对电热炮负载非线性阻性特性，提出一种由电容器（Ｃ）和脉冲补偿发电机（ＣＰＡ）分级供电的电源方案，并推导出补偿电机的机电状态方程，由此结合电热炮负载理论模型得出整个系统的数学模型。模拟计算验证了Ｃ＋ＣＰＡ方案的现实可行性。     

运载火箭大功率多余度电静压伺服机构技术研究

针对新型运载火箭对大功率推力矢量控制的需求,提出了大功率多余度电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuators,EHA)技术方案,研制了双余度原理性样机进行技术验证。采用高集成一体化的模块化设计,伺服电机泵并联实现大功率输出,单个伺服电机泵满足基本摇摆功能,同时实现一度故障容错能力。建立了伺服系统控制模型,进行了数学仿真分析,完成了样机设计制造和大惯量负载试验研究,-45°相频带宽达到25.8rad/s,质量仅65kg,动态性能好,功重比高,验证了中国未来三或四余度等更高余度等级和更大功率级别的航天电静压伺服机构的技术可行性。     

伺服机构负载台弹簧钢板设计优化

弹簧钢板是航天伺服机构负载台的重要组成部分,决定了航天伺服机构负载台的负载特性.提出弹簧钢板设计的优化方法,以材料力学公式为基础,应用集成优化平台ModelCenter,建立弹簧钢板设计优化模型;应用有限元方法对钢板负载特性进行建模和校核;用工程案例检验弹簧钢板设计优化方法的有效性,并讨论优化方法应用中应注意的问题.     

火箭发动机喷管伺服机构负载模拟系统设计与实验

针对火箭发动机喷管伺服机构的半物理仿真需要,设计一种可对惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、伺服机构安装刚度进行模拟的电液负载模拟系统。依据伺服机构负载特点,由机械的方式实现惯性负载、摩擦负载以及安装刚度的模拟,由阀控伺服马达实现弹性力矩的模拟;分别建立伺服机构系统和马达加载系统的数学模型,并为马达加载系统设计基于速度前馈补偿和力矩前馈的控制系统;进行负载模拟器的现场实验,实验结果表明,各种加载负载满足精度要求,验证了负载模拟器设计的合理性和实用性,以及控制策略的有效性。     

伺服机构综合负载模拟试验系统

针对大型运载火箭伺服机构所受实际负载情况,提出了一种综合负载模拟系统,能够模拟惯性、弹性、摩擦和常值负载。其中惯性负载、弹性负载以及伺服机构的柔性安装基础采用机械结构模拟,摩擦负载和常值负载采用液压系统来实现。分别对伺服机构、液压加载系统以及柔性结构进行建模,并以此为基础构造了系统的综合数学模型。仿真表明,该系统能够复现伺服机构实际工况下的负载特性,加载多余力也能得到很好的抑制。建立了负载模拟试验系统,实现了对各种负载及谐振特性的模拟,为伺服机构的地面测试和深入研究提供必要的实验基础。     

一种新型的可蓄能压电电源原理研究

炮口可实时装定的精确计时、定距引信要求内置电源在弹丸出炮口前能可靠地对引信电路供电,即要求引信电源的激活时间短.本文对一种用于机电引信的新型可蓄能压电电源的工作原理进行了分析研究,建立了该电源在外力作用下蓄能过程的数学模型,分析了其主要参数对蓄能速度和蓄能能量的影响,并对其在高炮引信中的应用进行了研究.该压电电源具有激活时间短的特点,适用于对低功耗电路的短时供电,可作为某些精确计时、定距引信的专用电源.