仿真轉(zhuǎn)臺(tái)用中空式電液伺服馬達(dá)摩擦及泄漏特性的研究.pdf

1、高精度中空式電液伺服馬達(dá)是應(yīng)用于飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框的驅(qū)動(dòng)元件，其性能的優(yōu)劣程度直接決定了仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的整體性能指標(biāo)。隨著航空航天科技的進(jìn)步和我國現(xiàn)代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，對仿真轉(zhuǎn)臺(tái)及各種國防裝備用電液伺服驅(qū)動(dòng)元件技術(shù)指標(biāo)和使用要求不斷提高。例如對軸向尺寸較長的大質(zhì)量導(dǎo)彈導(dǎo)引頭進(jìn)行半實(shí)物仿真時(shí)，就需要使用中空式電液伺服馬達(dá)作為電液伺服驅(qū)動(dòng)元件。目前看來在控制策略已經(jīng)能夠最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力的情況下，從基礎(chǔ)著手深入研究中空式電液伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)

2、優(yōu)化，密封材料及密封結(jié)構(gòu)，泄漏流量控制等問題是具有非常重要意義的，可以有效地解決制約中空式電液伺服驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的問題。通過查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)，對仿真轉(zhuǎn)臺(tái)用中空式電液伺服馬達(dá)的性能及其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了概述，介紹了中空式電液伺服馬達(dá)設(shè)計(jì)過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)，針對這些關(guān)鍵技術(shù)問題提出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　本文通過推導(dǎo)中空式電液伺服馬達(dá)動(dòng)力學(xué)方程，建立了完整非線性數(shù)學(xué)模型，與以往線性化閥控馬達(dá)數(shù)學(xué)模型不同的是，本文根據(jù)中空

3、馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)明確地將內(nèi)、外泄漏流量及摩擦力矩的作用包含到數(shù)學(xué)模型中，實(shí)現(xiàn)了針對中空式馬達(dá)系統(tǒng)的非線性建模與仿真。針對中空馬達(dá)摩擦力矩大，爬行現(xiàn)象嚴(yán)重的特點(diǎn)，從基于密封材料優(yōu)化和基于控制策略兩個(gè)方面研究中空馬達(dá)摩擦力矩的補(bǔ)償問題。將實(shí)驗(yàn)理論應(yīng)用到密封元件摩擦磨損特性的研究中，獲取對改善馬達(dá)爬行最有利的復(fù)合密封材料配比，實(shí)現(xiàn)從摩擦學(xué)機(jī)理上的摩擦力矩補(bǔ)償。探討了爬行現(xiàn)象的機(jī)理及不同摩擦模型的優(yōu)缺點(diǎn)，采用基于LuGre模型的自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)中空

4、馬達(dá)摩擦力矩的補(bǔ)償。
　　大量工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)表明，以PTFE和O型橡膠圈構(gòu)成的彈性填料式組合式動(dòng)密封是影響中空馬達(dá)摩擦特性及泄漏特性的重要因素，而目前電液伺服驅(qū)動(dòng)元件中密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依然沿用傳統(tǒng)的按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，不能夠準(zhǔn)確地了解密封結(jié)構(gòu)參數(shù)與泄漏流量之間的量化關(guān)系。本文從兩個(gè)方面來研究中空式電液伺服馬達(dá)泄漏特性，其一，分析組合式自補(bǔ)償動(dòng)密封的工作原理及其泄漏機(jī)理，建立組合式填料密封的線接觸模型，采用非線性有限元軟件ADINA分析中

5、空馬達(dá)組合式動(dòng)密封不同工況下的工作狀態(tài)及接觸應(yīng)力，結(jié)合彈性流體動(dòng)力潤滑理論中的“逆解法”求解密封元件泄漏流量及粘性摩擦力的數(shù)值解。其二，根據(jù)中空馬達(dá)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)首次建立了其內(nèi)、外泄漏模型，在此基礎(chǔ)上討論了中空馬達(dá)內(nèi)、外泄漏流量對其低速跟蹤性能的影響。介紹了擴(kuò)展卡爾曼濾波器（Extended Kalman Filter簡稱EKF）的基本原理，將其應(yīng)用于中空馬達(dá)的內(nèi)、外泄漏流量估計(jì)當(dāng)中。采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器對系統(tǒng)狀態(tài)的重構(gòu)得到馬達(dá)兩工作腔的壓力

6、最優(yōu)估計(jì)值，通過建立壓力估計(jì)收斂誤差與泄漏流量之間的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)對馬達(dá)整機(jī)內(nèi)、外泄漏流量的檢測。
　　針對理論分析的結(jié)果，本文在中空式電液伺服馬達(dá)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)上對其摩擦力大小進(jìn)行了測量，通過與理論推導(dǎo)的摩擦力矩大小進(jìn)行比較，完善了理論分析方法。對摩擦模型中的參數(shù)進(jìn)行了辨識，并應(yīng)用基于LuGre模型的自適應(yīng)方法對中空馬達(dá)摩擦力矩補(bǔ)償進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。提出一種中空馬達(dá)內(nèi)、外泄漏流量測量方案，應(yīng)用此方案實(shí)現(xiàn)了對中空馬達(dá)內(nèi)外泄漏的自動(dòng)測量，為