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。     

负载液压伺服机构的模拟研究

对液压伺服机构进行实物模拟研究,可以简化自动飞行控制、飞行模拟器以及其它机械的输出转动机构的综合工作。我们在此建立了由位置控制系统所组成的负载液压伺服机构的一般非线性的数学模型,就实际使用的特定负载条件(即弹性负载、粘性负载等),对这个模型作了详细的说明,并弄明白了这个模型的使用范围,比较了频率特性的计算结果和频率特性的试验数据。研究结果表明,数学模型能精确地描述具有任何特定负载条件的液压伺服机构的动态特性(直到10赫)。     

多自由度伺服机构负载模拟系统动态特性研究

针对运载火箭推力矢量伺服控制系统的多自由度特性问题,提出一种新的负载模拟结构并建立了数学模型。通过仿真分析了主要机械设计参数对系统动态特性的影响。建立原理性实验系统,通过扫频实验验证了伺服机构的多自由度特性。仿真和实验证明了此种负载模拟原理的可行性,从而为优化推力矢量伺服机构的设计参数以及研制大型运载火箭伺服系统的负载模拟系统提供设计依据。     

摆动机构负载特性仿真分析与试验研究

由于摆动机构一般结构复杂、负载问题突出,设计难度较传统操纵结构大,需要开展系统深入的研究,实现设计方案的合理化。基于ABAQUS有限元软件,建立摆动机构柔性多体动力学仿真模型,并结合摆动机构复杂运动学分析,研究摆动速度、俯仰角、外部载荷以及摩擦系数对摆动机构负载特性的影响。并开展摆动机构摩擦性能及负载特性的试验研究,验证仿真分析结果的有效性和设计方案的可行性,研究结果表明：该方法能够实现对复杂摆动机构负载特性的正确模拟,试验与数值结果的相对误差精度小于11%的量值水平。     

多自由度伺服机构负载模拟系统建模与实验研究

针对运载火箭推力矢量伺服控制系统的负载模拟问题,分析了负载的多自由度特性,提出一种负载模拟系统结构并建立了数学模型.仿真结果表明,模拟系统中负载位置输出的动态特性与实际伺服机构负载的动态特性具有一致性.通过原理性实验,在负载的扫频实验中成功体现了负载的多自由度特性.仿真和实验结果证明了此种负载模拟原理的可行性.该负载模...     

一种伺服机构模拟负载台多弹簧钢板统一设计方法

弹簧钢板是航天伺服机构负载台的重要组成部分,决定了负载台的负载特性。提出了一种伺服机构模拟负载台多弹簧钢板统一设计方法。相较传统方法,该方法可用于多钢板设计并拓展了其设计域。首先,以弹性力学矩形截面杆扭转的解析解为基础,定义了钢板扭转模型并提出修正系数的指数衰减函数形式的近似表达式;其次,提出多弹簧钢板设计的优化模型并给出确定优化初值的方法,该优化模型使目标函数和约束函数在全设计域二阶连续可微;最后,提出简化的钢板负载特性有限元校核方法,该方法可对不同宽厚比钢板扭转进行有限元建模和分析。分析结果表明:用工程案例对伺服机构模拟负载台多弹簧钢板统一设计方法进行检验,有效性得以验证。     

带有摩擦负载的伺服机构分析

当伺服机构(简称系统)主要负载是摩擦时,摩擦严重影响系统的品质。本文采用描述函数法(DF),求得带有摩擦负载的系统频率特性解析式,从而构筑系统的动态模型。它是由系统线性部份频率特性G(jw)和两个非线性环节组成。当输入角频率很小、幅度很大的谐波信号时,利用上述模型求得表征系统特性的主要参数表达式,如死区、回环宽度、相对静态误差等。利用动态模型自激振荡条件,求得系统稳定判据:摩擦所包围的线性部份之频率特性之虚部I_mG_2(jw)≤0;也可以用波波夫稳定判据验证之,从而求得系统参数稳定边界的表达式。本文以三阶液压伺服机构为例,用上述稳定判据与古尔维茨判据相比较,求得余项公式R。当R<0时,说明摩擦改善了系统的稳定性;反之,使系统稳定性变坏。系统中存在着良好的二阶低通滤波器,这是本文采用描述函数法的物理基础。     

基于矢量匹配的扰动力矩消除方法

随着电机制造和驱动技术的不断发展,在航空航天器舵机地面测试中电机正在逐渐替代液压装置,并成为中小功率负载模拟器的首选驱动部件。由于电动、液压系统数学模型间存在相似性,将液压系统阀控缸模型特征方程的分解方法引申到电机加载系统模型的分解中,得到了电动负载模拟器结构参数与位置扰动力矩频域特性的对应关系,这个方法可称为电-液等效法。针对电动负载模拟试验中常用的扫频试验,提出了基于幅相辨识和遗传算法的矢量匹配法以消除扰动力矩。通过AMESim仿真和电动负载模拟试验台上的验证表明,矢量匹配法可将加载力矩控制误差的标准差控制在该电动负载模拟器额定加载范围（±15 N·m）的1%以内。该方法较之其他方法具有适应能力强、简单灵活等优点,可大大提高负载模拟器在正弦位置扰动下的加载精度。随着电机制造和驱动技术的不断发展,在航空航天器舵机地面测试中电机正在逐渐替代液压装置,并成为中小功率负载模拟器的首选驱动部件。由于电动、液压系统数学模型间存在相似性,将液压系统阀控缸模型特征方程的分解方法引申到电机加载系统模型的分解中,得到了电动负载模拟器结构参数与位置扰动力矩频域特性的对应关系,这个方法可称为电-液等效法。针对电动负载模拟试验中常用的扫频试验,提出了基于幅相辨识和遗传算法的矢量匹配法以消除扰动力矩。通过AMESim仿真和电动负载模拟试验台上的验证表明,矢量匹配法可将加载力矩控制误差的标准差控制在该电动负载模拟器额定加载范围（±15 N·m）的1%以内。该方法较之其他方法具有适应能力强、简单灵活等优点,可大大提高负载模拟器在正弦位置扰动下的加载精度。     

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。     

摩擦对电动直线负载模拟器的影响及其抑制研究

为抑制摩擦非线性因素对电动直线负载模拟器（ELLS）的影响,采用仿真与实验结合的方法分析摩擦对ELLS的影响。利用遗传算法对系统中的摩擦模型进行辨识,并得出了系统摩擦力与速度的关系;提出了一种摩擦前馈加变增益PID的混合控制方法,摩擦前馈用于消除摩擦对系统的影响,变增益PID用于进一步抑制系统在低速时的相位滞后;进行了对比仿真与实验。仿真分析与实验结果表明：与传统PID控制相比,采用摩擦前馈加变增益PID控制的ELLS加载波形畸变被抑制、加载误差与相位滞后均明显减少;所提出控制方法能够较好地抑制摩擦对ELLS的影响,提高加载精度。     

实战背景条件下舰炮随动系统靶场仿真试验研究

对舰炮随动系统控制信号进行了分析,采用目标现在点坐标作为火控系统射击诸元对舰炮随动系统输入控制信号进行仿真;对负载扰动力矩进行了系统分析,提出了简化的扰动力矩模型,解决了舰炮在射击、摇摆等状态下扰动力矩及转动惯量的模拟问题。该方法以舰炮随动系统作战使用环境为基础,对舰炮随动系统输入端控制信号及输出端负载扰动信号进行了全面仿真、模拟,使仿真试验更接近实战状态,提高了仿真试验的有效性。     

某型舰炮随动系统的机电耦合建模及仿真

复杂机电系统中的机电耦合会影响系统的动态特性和响应特性。针对舰炮随动系统,分析了其传动系统的机电耦合因素以及复杂机电系统耦合模型的建模方法。以某型舰炮俯仰随动系统为研究对象,通过分析机电系统各组成部分的传递函数,得到了该系统的动态结构图,建立了该系统的机电耦合模型,应用M atlab/S imu link软件仿真分析了传动系统的摩擦系数和负载的传动惯量对舰炮随动系统动态特性和稳定性的影响。     

某随动负载模拟器 GM/SN-PID 自适应控制

为提高某随动负载模拟器加载系统的加载精度,设计一种基于灰预测单神经元 PID 自适应(grey prediction single neuron PID,GM/SN-PID)控制策略。通过分析随动负载模拟器的系统构成和工作原理,简化加载电机模型, 根据转动惯量盘模型,建立随动负载模拟器模型。在传统 PID 控制的基础上引入灰预测模型用于初始化 PID 参数的 整定,单神经元自适应控制器用于在线调节 PID 比例、积分和微分参数。仿真结果表明：该方法能提高加载系统的 加载精度,具有较强的鲁棒性,优于传统 PID 控制。     

油机激励下轮式车载武器发射指向精度仿真

为分析油机振动对轮式车载高精度武器发射指向精度的影响,分析了发射车的结构布局.在考虑底盘悬架、轮胎弹性和油机支架柔性以及锁紧销座内部摩擦的基础上进行受力分析,建立了发射车刚柔动力学模型.根据油机振动试验数据施加振动载荷并建立了校验模型,仿真分析了油机振动在发射车上的传递特性,以及发射装置随动调转-悬架轮胎弹性-油机振动...     

基于灰预测模糊PID的随动系统负载模拟器力矩控制研究

为了抑制多余力矩的幅值,提高随动系统负载模拟器加载力矩的控制精度,提出了一种基于灰预测模糊PID的力矩控制器。由灰模型根据力矩传感器测量数值序列的变化趋势,预测加载力矩的未来数值,并以此预测值作为力矩控制器的运算依据。力矩控制器在大误差时采用Bang-Bang控制,小误差时采用模糊PID控制;同时引入伸缩因子,根据误差大小动态调整输入变量的论域,以增强模糊控制器的控制能力。仿真分析和实验结果表明,与传统的PID控制相比,所提出的控制策略能够将多余力矩的幅值进一步削弱接近1/2,可以用于随动系统的动态力矩加载控制。     

导弾起竖过程的载荷研究

基于导弹起竖过程中起竖机构的转动运动函数和转动微分方程，分别建立了该过程中由于重力所产生的系统重力矩计算模型，风向与起竖平面平行的风载荷计算模型，以及起竖油缸作用力的计算模型。考虑到计算模型的非线性和时变性，在Matlab/Simulink中采用变步长的Runge-kutta法对模型进行了仿真计算，得到了起竖角度、风作用力矩、起竖力等参量随时间变化的仿真曲线。通过对仿真曲线进行分析，对机构起竖过程中的转动角度、起竖油缸无杆腔流量、风载荷和起竖力等系统参量的特性有了定量的认识。研究结果可以为起竖液压和控制系统的设计和优化提供参考。