仿真轉(zhuǎn)臺用連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、仿真轉(zhuǎn)臺是具有重要經(jīng)濟(jì)價值和國防戰(zhàn)略意義的高精尖設(shè)備，它是在實(shí)驗(yàn)室條件下復(fù)現(xiàn)飛行器或?qū)椩诳罩酗w行姿態(tài)的半實(shí)物仿真設(shè)備，其性能直接關(guān)系到飛行器仿真結(jié)果的逼真度，因此具有良好的超低速、高頻響、寬調(diào)速、高精度的性能是高性能仿真轉(zhuǎn)臺的必備條件。由電液伺服馬達(dá)直接驅(qū)動仿真轉(zhuǎn)臺避免了因傳動機(jī)構(gòu)引起的系統(tǒng)剛度差、非線性度高、控制精度低等缺點(diǎn)，但同時也對電液伺服馬達(dá)的性能提出了嚴(yán)格的要求。隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展，要求仿真轉(zhuǎn)臺能夠模擬飛行器在飛行過程中

2、繞自身中心軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，單純采用擺動式電液伺服馬達(dá)直接驅(qū)動的液壓仿真轉(zhuǎn)臺已經(jīng)不能滿足要求，在此背景下，本文對仿真轉(zhuǎn)臺用連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)及其控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
　　本文查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，綜述了國內(nèi)外仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展概況，介紹了仿真轉(zhuǎn)臺用電液伺服馬達(dá)的研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)，分析了影響仿真轉(zhuǎn)臺用連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)低速性能的主要因素，概述了電液位置伺服系統(tǒng)的研究進(jìn)展以及常用的控制策略，在此基礎(chǔ)上提出本文的主要研究內(nèi)容。<

3、br>　　分析了仿真轉(zhuǎn)臺用連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速、流量和理論輸出扭矩的無結(jié)構(gòu)性脈動，為了減小摩擦對馬達(dá)低速性能的影響，以摩擦系數(shù)最小為目標(biāo)，通過摩擦正交實(shí)驗(yàn)，確定了連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)關(guān)鍵部件的材料，建立了連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)內(nèi)泄漏量的數(shù)學(xué)模型，并通過仿真分析了內(nèi)泄漏對連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)低速性能的影響。
　　對大排量連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計，以減小內(nèi)泄漏為原則，以葉片與定子內(nèi)表面的壓力角最小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計了一種新型葉片頂廓結(jié)構(gòu)

4、，采用了配油盤及端蓋一體化的端面配油結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以減小配油盤端面的變形及內(nèi)泄漏量，改善馬達(dá)的低速性能。
　　為了改善馬達(dá)低速運(yùn)行的平穩(wěn)性，消除馬達(dá)密封腔在配油過程中產(chǎn)生的壓力沖擊，設(shè)計了密封腔升壓及泄壓過程的緩沖槽結(jié)構(gòu)，對密封腔內(nèi)油液在升壓和泄壓過程建立了壓力梯度的數(shù)學(xué)模型。分析了對于不同尺寸的緩沖槽，密封腔內(nèi)壓力梯度變化規(guī)律，基于流固耦合理論對馬達(dá)內(nèi)部流場進(jìn)行了有限元分析，研究在一定徑向和軸向間隙下，密封腔及緩沖槽內(nèi)的壓力場分

5、布情況，驗(yàn)證了緩沖槽結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計的合理性，為大排量連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　建立了連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)電液位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用正弦掃頻信號作為激勵信號，針對連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每間隔10o對連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)行整周的閉環(huán)參數(shù)辨識實(shí)驗(yàn)。對采集的每組輸入、輸出數(shù)據(jù)對序列，采用基于高斯-牛頓優(yōu)化算法的預(yù)報誤差法對系統(tǒng)模型進(jìn)行參數(shù)辨識，得到了在整周內(nèi)系統(tǒng)模型參數(shù)的變化范圍及系統(tǒng)的頻率特性，為控制器的設(shè)計奠

6、定基礎(chǔ)。
　　針對馬達(dá)系統(tǒng)參數(shù)時變及非線性不確定性因素，本文依據(jù)連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)設(shè)計指標(biāo)要求，結(jié)合系統(tǒng)模型參數(shù)辨識結(jié)果，利用定量反饋理論設(shè)計了一種基于輸入信號微分前饋的二自由度QFT魯棒控制器，并對基于輸入信號微分前饋的QFT復(fù)合控制器與傳統(tǒng)PID控制進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果表明該復(fù)合控制器可改善系統(tǒng)性能。
　　本文完成了大排量連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工、裝配、調(diào)試，建立了連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)電液位置伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺，研制