仿真轉(zhuǎn)臺用中空式電液伺服馬達摩擦及泄漏特性的研究.pdf

1、高精度中空式電液伺服馬達是應用于飛行仿真轉(zhuǎn)臺內(nèi)框的驅(qū)動元件，其性能的優(yōu)劣程度直接決定了仿真轉(zhuǎn)臺的整體性能指標。隨著航空航天科技的進步和我國現(xiàn)代軍事技術的不斷發(fā)展，對仿真轉(zhuǎn)臺及各種國防裝備用電液伺服驅(qū)動元件技術指標和使用要求不斷提高。例如對軸向尺寸較長的大質(zhì)量導彈導引頭進行半實物仿真時，就需要使用中空式電液伺服馬達作為電液伺服驅(qū)動元件。目前看來在控制策略已經(jīng)能夠最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有設備能力的情況下，從基礎著手深入研究中空式電液伺服馬達的結(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)動元件進一步發(fā)展和應用的問題。通過查閱大量國內(nèi)外文獻，對仿真轉(zhuǎn)臺用中空式電液伺服馬達的性能及其結(jié)構(gòu)形式進行了概述，介紹了中空式電液伺服馬達設計過程中的一些關鍵技術，針對這些關鍵技術問題提出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　本文通過推導中空式電液伺服馬達動力學方程，建立了完整非線性數(shù)學模型，與以往線性化閥控馬達數(shù)學模型不同的是，本文根據(jù)中空

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

4、馬達摩擦力矩的補償。
　　大量工程實踐的經(jīng)驗表明，以PTFE和O型橡膠圈構(gòu)成的彈性填料式組合式動密封是影響中空馬達摩擦特性及泄漏特性的重要因素，而目前電液伺服驅(qū)動元件中密封結(jié)構(gòu)的設計依然沿用傳統(tǒng)的按經(jīng)驗設計方法，不能夠準確地了解密封結(jié)構(gòu)參數(shù)與泄漏流量之間的量化關系。本文從兩個方面來研究中空式電液伺服馬達泄漏特性，其一，分析組合式自補償動密封的工作原理及其泄漏機理，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、空馬達組合式動密封不同工況下的工作狀態(tài)及接觸應力，結(jié)合彈性流體動力潤滑理論中的“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)中空馬達結(jié)構(gòu)特點首次建立了其內(nèi)、外泄漏模型，在此基礎上討論了中空馬達內(nèi)、外泄漏流量對其低速跟蹤性能的影響。介紹了擴展卡爾曼濾波器（Extended Kalman Filter簡稱EKF）的基本原理，將其應用于中空馬達的內(nèi)、外泄漏流量估計當中。采用擴展卡爾曼濾波器對系統(tǒng)狀態(tài)的重構(gòu)得到馬達兩工作腔的壓力

6、最優(yōu)估計值，通過建立壓力估計收斂誤差與泄漏流量之間的映射關系實現(xiàn)對馬達整機內(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實驗臺系統(tǒng)上對其摩擦力大小進行了測量，通過與理論推導的摩擦力矩大小進行比較，完善了理論分析方法。對摩擦模型中的參數(shù)進行了辨識，并應用基于LuGre模型的自適應方法對中空馬達摩擦力矩補償進行了實驗研究。提出一種中空馬達內(nèi)、外泄漏流量測量方案，應用此方案實現(xiàn)了對中空馬達內(nèi)外泄漏的自動測量，為