电动静液作动器的高精度力反馈估计研究

静摩擦、齿隙和漏油会降低电动静液作动器反向驱动的性能,针对这一问题,对EHA模型进行了研究,提出了一种基于3种控制器组合的高精度力反馈估计方法。首先,通过使用反馈调制器来补偿静摩擦,并使用齿隙和漏油补偿器(不需要任何模型)来抑制电机侧和负载侧的相对速度;然后,提出了一种由压力传感器和编码器组成的力反馈观测器;最后,在由液压作动器和1自由度机械臂组成的实验装置上进行了实际测试。研究结果表明:相比于传统压力传感器,所提力反馈观测器获得的反作用扭矩均方根误差可降低3.34 N·m,可以十分精确地估计力反馈。     

飞机电动静液作动器热力学建模与分析

针对电动静液作动器(EHA)存在的发热和散热问题,以EHA电机和柱塞泵为主要研究对象,进行热力学建模与分析。根据EHA电机和柱塞泵的参数,使用CATIA软件建立EHA传动机构的三维模型,将其模型导入ANSYS Workbench中,仿真得出该模型的温度场热分布图,以反映EHA中主要热源的热特性。结果表明,EHA中温度最高的区域是电机定子,温度达到159.4℃;温度最低区域是柱塞泵的部分外壳,最低温度为47.6℃。     

船舶阀门电动静液作动器混合灵敏度鲁棒控制器设计

以电动静液作动器系统为研究对象,建立系统数学模型;针对油液弹性模量摄动设计基于H_∞混合灵敏度控制器;利用MATLAB/Simulink与AMESim仿真平台,搭建船舶阀门电动静液作动系统联合仿真模型。针对电动静液作动器应用于驱动船舶中线型蝶阀实际应用背景,计算中线型蝶阀不同开度下启闭总阻力矩,并拟合为连续曲线作为系统负载特性,并对控制器算法的位置跟踪性能进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的基于混合灵敏度H_∞控制器位置跟踪性能显著优于PID控制器,对外部干扰有较强的鲁棒性。     

新型的电动静液作动器研究

该文概述了一种新型的电动静液双余度作动器,即直传闭环EHA.介绍了系统的工作原理及特点.指出了直传闭环EHA的应用前景.     

伺服变量泵在一体化电动静液作动器中的应用分析

综合分析了伺服变量泵在一体化电动静液作动器中的应用对EHA系统各方面性能带来的影响 ,得出了其在系统散热、功率匹配和刚度方面对系统的改善 ,并提出了EHA VPVM方案的进一步的研究方向。     

车辆电动静液压作动器的半主动悬架时滞补偿控制

为了改善车辆行驶的平顺性和操纵稳定性,设计了一种基于电动静液压作动器（EHA）的车辆半主动悬架结构。进行了EHA作动器的性能试验分析,建立了EHA半主动悬架的键合图模型,计算了EHA半主动悬架系统的临界时滞,分析了时滞对EHA半主动悬架幅频特性和减振性能的影响,设计了Smith预估时滞补偿控制器,进行了EHA模糊控制半主动悬架的时滞补偿仿真分析。结果表明,EHA半主动悬架具有较好的阻尼可控性;然而随着时滞的增大,悬架系统会出现“轮跳”现象;在Smith时滞预估补偿控制下,EHA半主动悬架的簧载质量加速度减小约30%,轮胎动载荷减小约20%。     

电动静液作动器用高速轴向柱塞泵能耗分布特性试验测试研究

随着飞机功率电传技术的发展,电静液作动器(EHA)对液压轴向柱塞泵提出了高功率密度的要求,轴向柱塞泵不可避免地向着高压高转速方向发展。在更高参数要求下,了解能耗分布特性有助于针对性地改进泵的性能。对高转速的轴向柱塞泵进行性能测试,将功率损失分成容积损失、搅拌损失和摩擦损失三个部分,在不同转速和压力等级下,分析其分布特性,并对测试物理量的不确定度进行分析。测试结果表明,摩擦损失是造成功率损失的主要原因,在泵的设计过程中应考虑使摩擦副在工况范围内得到充分润滑,以期提高效率。另外,测试中某些工况下存在着较大的不确定度,为了避免这类情况在选择传感器量程时应该更接近测试数值大小。     

电动静液压作动器主动悬架力跟踪控制研究

建立了1/4主动悬架和EHA主动悬架系统的数学模型,分析了EHA作动器中的无刷直流电机对该系统的影响。提出了一种基于主环LQG理想力控制器和内环电机电流控制器组成的力跟踪控制策略,设计了EHA主动悬架硬件控制器,并进行了仿真和台架试验。结果表明,力跟踪控制能够使电机输出的实际主动力接近理想主动力,改善了EHA主动悬架的动态特性,验证了所设计的控制策略和硬件控制器的可行性。     

电静液作动器不确定性建模分析与可靠度计算

不确定性是影响飞机电静液作动器(EHA)可靠性的主要因素。针对消除不确定性影响和提高EHA可靠性的问题,研究了基于概率论的EHA不确定性建模与可靠度计算方法。对EHA不确定性进行了定性分析;在建立EHA线性数学模型基础上,给出了一种不确定性建模方法,并据此分别考虑独立不确定因素和多不确定因素的影响,提出了EHA对这些参数的不确定性建模和可靠度计算方法;以EHA作动筒截面积对输出位移影响为例进行演算,采用Matlab进行仿真对比验证,证明了EHA不确定性模型和可靠度计算方法的正确性。     

电静液作动器精细化建模和特性分析

电静液作动器（Electro-hydrostatic actuator,EHA）是电驱液传的执行机构,具有体积小、重量轻、功率密度高、可控性好、维护性好、集成度高、可靠性高等优势。传统EHA的线性建模方法通常忽视电机和泵的强非线性,这种建模方式过于保守,导致模型精度降低,影响高性能控制及性能预测的准确性。为处理传统建模方式的保守性问题,建立考虑伺服电机和泵非线性的精细化模型：通过MATLAB/SIMULINK建立时变、非线性、强耦合、多变量的永磁同步交流电机（Permanent magnet synchronous motor,PMSM）模型,通过AMESim建立含流量脉动和外泄漏的定量柱塞泵模型,完善了EHA仿真模型;改变系统参数进行MATLAB-AMESim机电液联合仿真,通过多种仿真工况的结果对比,分析EHA系统的典型特性,揭示了系统参数对控制器跟踪性能的影响。建立精细化模型进行特性分析,为EHA系统参数对控制性能的影响度分析提供了理论支撑和仿真验证手段。     

一种新型EHA及其仿真分析

针对近年来飞机机载作动系统的发展,本文介绍了一种采用功率电传方式的新型作动器(EHA),分析了其原理及特点,讨论了作动系统的建模和加权系数的优化模型,采用Matlab/Simulink对其进行仿真,结果表明能有效提高作动系统动态性能,功率电传作动系统的研制具有重要意义。     

精密定位系统的摩擦力建模与补偿

为了提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度,建立了优化Stribeck摩擦模型,对摩擦力这一影响定位精度的主要因素进行补偿。首先,对于传统的Stribeck摩擦模型进行优化,采用改进的最小二乘算法对模型参数进行辨识。然后,对所建立的摩擦模型补偿算法进行仿真并与扰动观测器的补偿算法进行比较,发现前者速度比后者速度在补偿后提高了4.33%,对摩擦力具有更好的补偿效果。最后,在大行程二维精密定位平台上进行验证,根据平台能够达到的最大速度定义0.005 m/s为低速运动,0.05 m/s为高速运动,在这两种速度下进行实验,并与基于库仑摩擦前馈补偿模型比较。实验结果表明：精密定位平台在速度为0.005 m/s的低速运动时,优化模型的跟随误差减小了67.67%;在速度为0.05 m/s的高速运动时,优化模型的跟随误差减小了51.63%,验证了优化Stribeck摩擦模型补偿算法的有效性。本文提出的优化Stribeck摩擦模型可用于提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度。     

高速精密平面定位机构的设计与应用

面向先进电子封装等领域对高速精密定位机构的需求，结合两种新型平面定位机构，对直接驱动并联机构的运动弹性动力学建模与仿真、基于扰动观测器的控制策略进行了研究。     

压电执行器及其在高响应液压控制阀上的应用

利用某些晶体材料的逆压电特性和现代制造技术制造的压电执行器（电－机械位移转换器）,具有小型、强力、高响应的特点。该文从小型,高响应液压控制阀的角度,对压电材料及压电执行器的特性及其在液压控制阀上的应用现状作一简单介绍。     

基于压电陶瓷的精密进给系统的应用研究

压电陶瓷器件在精密定位和微位移控制中得到了广泛的应用,但是它存在着迟滞、蠕变等特点,给压电陶瓷的陶瓷的控制带来了困难.该系统设计了基于信号处理及特殊算法的闭环控制系统,应用于对压电陶瓷致动器的控制,并且在此基础上建立实验系统.实验数据分析结果表明,定位精度稳定在±0.02μm,良好的解决了压电陶瓷的非线性特点,满足高精密加工技术的需求.     

Regulation of spindle position by magnetic actuator array

A novel embedded cylindrical-array magnetic actuator (ECAMA) is proposed and verified by experiments to provide sufficient magnetic force for spindle deviation regulation of high-speed milling process. Four I-shape silicon steel columns enclosing the spindle constitute the backbone of the ECAMA. The shape of modified concave-type yokes is designed to reduce the average air gap between magnetic poles and the spindle. In contrast to the conventional AMB (active magnetic bearing) design for which coils are usually wound on the yokes, the copper wire is wound on the I-shape silicon steel columns. As a result, the overall wound coil turns can be much increased. In other words, stronger magnetic force can be induced by ECAMA. On the other hand, to reduce the cost of ECAMA, two pairs of self-sensing modules are employed to replace the gap sensors for measurement of spindle position deviation. In order to verify the efficacy of the proposed ECAMA and the self-sensing module, high-speed milling tests are undertaken. By inspection on the precision and quality of the finish surface of workpiece, the superiority of ECAMA and the self-sensing module are assured.     

基于E-SPCM的直线电机动子位置高精度测量方法研究

针对直线电机动子位置测量,引入一种基于扩展采样相位相关法(E-SPCM)的亚像素位移图像检测方法,以提高测量精度和抗干扰性。首先建立了直线电机位置检测系统,通过高速相机实时采集条纹图像序列;其次对条纹图像进行边缘特征提取,利用相位相关得到相邻条纹图像的互功率谱,即动子位置的整像素位移;进而对整像素邻域的互功率谱进行上采样相位相关计算,实现高精度的亚像素位移测量,进一步由系统标定得到实际位移值。对比传统相位相关算法,所采用的方法能够提高测量精度且有很好的噪声抑制性能,最后搭建了实验检测平台,验证了算法的有效性。     

Modeling of two-plate capacitive position sensing systems for high precision planar three DOF measurement

This paper investigates the issues associated with the use of two-plate capacitive sensors for the measurement of coupled linear and angular motions, particularly those of three planar degrees of freedom (DOF) micro/nano positioners. Commonly, such sensors are employed for the measurement of linear motions, and angular motion could introduce non-linearities in the capacitance response. An analytic model of a general three sensor system is developed, together with its linearization, which transform the position and orientation (pose) of the end effector of a planar positioner to the capacitance of each sensor. The sensitivities of pose estimations to capacitance non-linearity and parameter variation are analyzed, which further leads to the identification of optimized sensor positioning strategies. The response of a single sensor to tilt is investigated, and experimentation is performed to determine the magnitude of non-linear effects, and its subsequent impact on the three DOF position estimation.     

压电陶瓷执行器的动态模型辨识与控制

为了提高精密定位系统中压电陶瓷的控制精度,研究了压电执行器的动态模型及逆模型。根据Weierstrass第一逼近定理,提出了以多项式函数逼近Duhem模型中的分段连续函数f(·)和g(·),并应用递推最小二乘算法辨识Duhem模型的参数α 及f(·)和g(·)的多项式系数,建立了压电陶瓷执行器的非线性参数化动态模型。利用辨识结果建立压电陶瓷执行器的动态逆模型,避免对压电陶瓷执行器进行复杂的模型求逆;介绍了通过逆补偿和PID复合控制对压电陶瓷系统进行的控制。实验结果表明:仅通过逆补偿,可在0~200 μm使得控制绝对误差小于0.8 μm;在前馈逆补偿和PID环控制下,绝对误差可小于40 nm,结果验证了算法的有效性。该算法结构简单,适应性强,便于工程实现。     

精密磁致伸缩致动器的动态非线性多场耦合建模

为提高超磁致伸缩致动器(GMA)的精度,描述其在动态和准静态环境下的复杂磁滞行为,设计了具有精密位移输出的GMA,建立了包含磁滞及涡流损失的动态非线性多场耦合模型。首先,采用模块化方法设计了GMA;然后,利用热力学理论和能量守恒定律,建立了超磁致伸缩材料非线性多场耦合本构模型;最后,通过分析材料非线性本构行为与系统结构动态行为间的耦合过程,提出了GMA的动态非线性多场耦合模型。实验分析了能量损失及预紧力对系统特性的影响规律。结果表明:预紧力可改善系统输出特性且存在最佳预紧状态;建立的模型能够较准确预测位移,平均相对误差约为4.5%。另外,随着频率增加,异常和涡流能量损失以及磁滞量会增大,磁滞行为源于磁畴不可逆运动过程中的能量损失。实验还显示:对于精密GMA系统,不能忽略高频涡流效应。建立的模型较准确地描述了动态及准静态环境下GMA的复杂磁滞行为,由于考虑了材料本构行为耦合和系统动态行为耦合,进一步提高了GMA系统的精度。