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舵机系统机械故障的一种检测方法

机械科学与技术 1999年第6期18卷 978-981页

作者：胡致远吕海艾剑良西北工业大学西安710072 西安飞机工业公司西安710089

飞机舵机系统的机械故障可用解析余度法检测。但该方法的检测精度受到舵机系统数学模型偏差、传感器噪声以及大气紊流等影响。本文提出通过残差的积分分离校正以补偿系统数学模型偏差，采用概率比假设检验参数实时调节，以减小传感器噪... 详细信息

飞机舵机系统的机械故障可用解析余度法检测。但该方法的检测精度受到舵机系统数学模型偏差、传感器噪声以及大气紊流等影响。本文提出通过残差的积分分离校正以补偿系统数学模型偏差，采用概率比假设检验参数实时调节，以减小传感器噪声及大气紊流等影响来提高解析余度法的检测精度。这种新算法简洁、可靠，并在型号飞机故障检测仿真中得到验证。

关键词：舵机系统故障检测解析余度概率比假设检验

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基于ESO的无人机舵机系统控制策略研究

兵器装备工程学报 2023年第7期44卷 257-263页

作者：黄健伟覃泽龙徐新朱纪洪广西大学机械工程学院南宁530004 清华大学精密仪器系北京100084

针对无人机电动舵机系统中的参数摄动和外界未知干扰等不确定性对其动态性能的影响,设计了一种四阶负载转矩扩张观测器,对系统的干扰力矩进行实时观测,并反馈补偿到速度控制器中。控制策略采用位置环、速度环的双闭环控制结构,位置环采... 详细信息

针对无人机电动舵机系统中的参数摄动和外界未知干扰等不确定性对其动态性能的影响,设计了一种四阶负载转矩扩张观测器,对系统的干扰力矩进行实时观测,并反馈补偿到速度控制器中。控制策略采用位置环、速度环的双闭环控制结构,位置环采用传统PID控制,速度环引入非奇异快速终端滑模控制。仿真对比试验和鲁棒性检验结果表明,该方法不仅能保证系统的稳态精度,响应速度等基本性能,而且可以削弱冲击负载干扰的影响。该控制方法可以使得系统误差在有限时间内收敛,在位置跟踪精度、抗干扰能力上优于PID和传统滑模控制(sliding mode control,SMC),有效提升了系统的鲁棒性。

关键词：扩张状态观测器非奇异快速终端滑模无人机舵机系统速度控制器

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舵机系统自适应控制策略研究

舵机系统自适应控制策略研究

作者：郭可发哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

舵机系统作为高精度的位置伺服系统,主要应用于航天及军事等一些特定场合。舵机控制系统具有非线性和负载时变等特征,其准确动力学模型难以建立,而采用模糊自适应控制策略,则可以强化控制系统的适应性。FPGA控制相对DSP控制来说,具有高... 详细信息

舵机系统作为高精度的位置伺服系统,主要应用于航天及军事等一些特定场合。舵机控制系统具有非线性和负载时变等特征,其准确动力学模型难以建立,而采用模糊自适应控制策略,则可以强化控制系统的适应性。FPGA控制相对DSP控制来说,具有高速运算能力,低功耗,高集成度等特点。本论文以单轴舵机位置伺服系统为工程背景,对基于FPGA的舵机控制系统进行研究。论文首先分析了舵机系统控制原理,从无刷直流电机,三相桥驱动方式,减速齿轮箱,位置检测等环节出发,建立了舵机系统的数学模型。基于系统模型,确定采用电流环、速度环和位置环结合的三环控制策略,并针对每一个环路的不同特点,采取合适的控制算法。其次,针对舵机系统客观存在的非线性因素,探索智能算法加PID的控制策略,将其应用于位置环调节。由于舵机系统存在的时变性,随机干扰等因素,模糊控制规则通常显得不够完善,为了弥补这个不足,本文中采用了自适应方法使模糊控制规则在控制过程中自行调整,并搭建了相应的Matlab/Simulink仿真模型,验证其性能。再次,从硬件和软件两个方面对舵机系统进行设计。硬件设计按照功能模块划分为电源模块、A/D转换和三相桥驱动等模块;设计的软件功能模块包括开环、电流采样、PI算法和模糊控制器等。用Xilinx ISE仿真验证各个模块的功能。最后,从系统角度出发,研究FPGA设计流程,给出FPGA的控制时序。进行系统试验,分析试验结果,结果表明基于FPGA的舵机系统模糊自适应控制策略具有较好的性能。

关键词：舵机系统 FPGA 模糊控制自适应控制 PID控制

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利用相关算法实现舵机系统相移分析

弹箭与制导学报 2012年第5期32卷 64-66,86页

作者：陶小亮中国空空导弹研究院河南洛阳471009

介绍了相关分析法的基本原理及其在舵机系统性能分析中的应用,实测了系统在特定输入频率下的响应曲线并对比分析了过零算法与相关算法在求系统相移中的结果,实验证明了相关算法较之传统的过零点法,具有误差小,一致性好,可信度高的优点,... 详细信息

介绍了相关分析法的基本原理及其在舵机系统性能分析中的应用,实测了系统在特定输入频率下的响应曲线并对比分析了过零算法与相关算法在求系统相移中的结果,实验证明了相关算法较之传统的过零点法,具有误差小,一致性好,可信度高的优点,已经应用于舵机性能分析中,并取得良好的效果。

关键词：舵机系统相关算法过零算法相移

新型压电驱动器及其在微型智能弹药舵机系统中的应用研究

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新型压电驱动器及其在微型智能弹药舵机系统中的应用研究

作者：刘凤琪哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

微型智能弹药具有隐蔽性好、不易拦截、爆炸威力小、精度高等特点,逐步成为建设强大现代化新型军队的重要物质基础。舵机系统作为智能弹药控制系统中的执行机构,其特性直接影响智能弹药的机动性能和动态品质。为满足微型智能弹药的发展... 详细信息

微型智能弹药具有隐蔽性好、不易拦截、爆炸威力小、精度高等特点,逐步成为建设强大现代化新型军队的重要物质基础。舵机系统作为智能弹药控制系统中的执行机构,其特性直接影响智能弹药的机动性能和动态品质。为满足微型智能弹药的发展要求,需要研究、开发和应用新原理、新材料、新结构的舵面驱动装置。本文基于变宽度的PBP压电驱动器,研究其静、动力学特性,设计关于压电材料迟滞蠕变非线性的控制系统,满足微型智能弹药对舵机系统小型化、智能化的要求。本文的主要研究内容概括如下:本文利用压电材料的逆压电效应,研究了压电双晶片的结构与驱动原理;建立了压电双晶片有限元模型,验证仿真模型的正确性与有效性;基于经典层合板的假设,结合压电本构方程,利用能量法研究了双晶片的静力学特性;采用有限元法,研究了双晶片的动力学特性。提出了变宽度的压电双晶片,减小了舵机的质量及体积,通过有限元仿真获得了可靠的变宽度压电驱动器的输出性能;设计了舵面驱动器的驱动方案,以及可旋转折叠展开的舵面机构,缩小了发射装置的体积和质量,便于单兵背包携带;设计了微型智能弹药舵机系统的总体结构,满足了微型智能弹药对舵机系统小型化的要求。建立了 Bouc-Wen迟滞模型,结合最小二乘的方法,辨识模型中参数,获得了有效的迟滞模型;分别建立蠕变对数模型与基本蠕变算子叠加模型,得到了精确的蠕变模型;为了同时描述压电双晶片的迟滞非线性和蠕变非线性,搭建了压电陶瓷的迟滞蠕变混合模型。分别建立了迟滞模型的迟滞位移观测器和蠕变模型的逆模型,设计了逆补偿控制器,仿真分析其抑制迟滞、蠕变的能力;综合分析迟滞蠕变特性的控制原理,设计了总体逆控制系统,仿真分析其抑制迟滞和蠕变的能力,从而满足微型智能弹药对控制系统线性程度的要求,满足了微型智能弹药对舵机系统智能化的要求。

关键词：微型智能弹药舵机系统压电驱动器迟滞蠕变非线性控制器设计

制导火箭弹舵机系统建模与性能可靠性仿真分析

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制导火箭弹舵机系统建模与性能可靠性仿真分析

作者：靳凯毅中北大学

学位级别：硕士

制导火箭弹是在火箭弹战斗部前加装制导控制装置的低成本智能弹药,目前已广泛应用于国防装备中。作为制导火箭弹飞控系统的主要执行部件,舵机系统结构复杂,研发周期长费用高,可靠性问题突出。传统的可靠性试验与评估方法需要大量新研产... 详细信息

制导火箭弹是在火箭弹战斗部前加装制导控制装置的低成本智能弹药,目前已广泛应用于国防装备中。作为制导火箭弹飞控系统的主要执行部件,舵机系统结构复杂,研发周期长费用高,可靠性问题突出。传统的可靠性试验与评估方法需要大量新研产品进行试验,往往在研制后期开展,试验周期长且代价大,工程实践表明,传统可靠性设计分析与试验评估方法越来越难以满足制导火箭弹舵机系统的研制需求。在实际工作中,舵机系统性能参数不可避免地存在随机不确定性,这将直接影响舵机系统工作时的性能,舵机系统性能直接影响制导火箭弹的作战效能,严重情况下会造成贻误战机的重大事故。因此,开展制导火箭弹舵机系统建模与性能可靠性研究十分必要。本文以某型制导火箭弹舵机系统为研究对象,确定了影响舵机系统可靠性的关键性能参数,根据舵机系统组成和工作原理,建立了舵机系统舵翼张开机构和舵机控制系统的数学模型、仿真模型和可靠性模型,考虑制导火箭弹服役状态下性能参数的随机不确定性,应用代理模型方法对舵机系统性能可靠性进行了仿真计算。主要工作内容如下:(1)对舵机系统潜在的故障模式和影响因素进行了分析,确定了主要机构间摩擦、舵翼与转轴间隙、弹簧刚度为潜在影响舵翼张开机构工作性能的随机参数;确定推杆与拨叉摩擦、滚珠丝杠间隙、控制参数、传感器参数、舵机间隙为潜在影响舵机控制系统工作性能的随机不确定性参数,并对随机可靠性模型求解方法进行了分析。(2)建立了舵翼张开机构动力学模型,采用CFD仿真分析并确定了舵翼张开所受气动载荷随张开角度的变化规律,在ADAMS平台中建立了制导火箭弹服役状态下舵翼张开机构的刚柔耦合动力学参数化仿真模型,并对模型进行了验证。通过仿真研究了随机性能参数对舵翼张开机构性能的影响规律,并筛选了舵翼张开机构运动性能的关键性能参数。(3)对舵机控制系统进行了数学建模,分别在Matlab/Simulink和ADAMS中建立了舵机控制系统的仿真模型和机械传动系统动力学模型,在此基础上利用Matlab/Simulink建立了电动舵机控制系统的机-电联合仿真模型,并对模型进行了验证。通过仿真研究了随机性能参数对舵机控制系统性能的影响规律,并筛选了影响舵机控制系统性能的关键性能参数。(4)考虑性能参数的随机不确定性,对服役状态下舵机系统的性能可靠性进行了研究。利用Isight软件,分别建立舵机系统随机不确定性参数对应性能指标的神经网络(RBF)、克里金(Kriging)、响应面(RSM)代理模型,通过分析比较选择精度最高的代理模型,结合6σ原则和蒙特卡洛法对舵机系统性能可靠性进行了计算。得到了舵翼张开机构工作时的性能可靠度为0.9973,舵机控制系统工作时的性能可靠度为0.999,根据舵机系统可靠性模型得到舵机系统的性能可靠度为0.9963,有效评价了舵机系统的可靠性。另外,可靠性计算结果表明,舵翼张开同步时间可靠度相对较低,分析原因为该型制导火箭弹采取压缩弹簧驱动方式,在制导火箭弹服役过程中,弹簧刚度易受外界环境干扰,对舵翼各自的驱动力矩产生较大的随机不确定性,导致舵翼张开同步时间具有较大的分散性。

关键词：舵机系统舵翼张开机构舵机控制系统随机不确定性可靠性仿真代理模型

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舵机系统对大型船舶操作够用吗?

机电设备 1980年第9期 36-37+9页

作者：施洪娟

本文叙述利比里亚共和国海事局对艾莫科·卡蒂芝(Amoco Cadiz)号油船触礁失事进行的调查分析。查明了失事的主要原因是舵机发生故障,故为提高操舵装置的安全系数,建议对操舵装置提供一些安全设备并采取一些必要的安全措施。

关键词：操舵装置安全系数主要原因海事局安全计量学舵机系统船舶液压舵机利比里亚利比里亚共和国联合国专门机构政府间海事协商组织巨型油轮舵角指示器应急舵机

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舵机系统动刚度的分析研究

科学技术与工程 2008年第4期8卷 1124-1128页

作者：吴娟张家盛康光会西北工业大学自动化学院西安710072

对舵机系统的动刚度进行了研究分析。舵机系统性能的优劣对于飞控系统来说是非常重要的,动刚度是影响舵机性能的一个重要因素。通过对舵机系统进行建模,给其施加不同频率的干扰力,观察并记录在不同频率下的舵机系统的输出,进而得出系统... 详细信息

对舵机系统的动刚度进行了研究分析。舵机系统性能的优劣对于飞控系统来说是非常重要的,动刚度是影响舵机性能的一个重要因素。通过对舵机系统进行建模,给其施加不同频率的干扰力,观察并记录在不同频率下的舵机系统的输出,进而得出系统的动刚度特性。通过分析舵机系统的动刚度特性得出一些具有工程意义的结论,观察发现对于舵机系统来说,动刚度在一个比较高的频率时是最差的,也为舵机动刚度试验台的开展做了很好的预研。

关键词：舵机系统仿真动刚度特性

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舵机系统故障实例

航海技术 2017年第6期 56-60页

作者：范建生厦门泛海国际船舶管理有限公司

0引言舵机是保持或改变船舶航向、保证安全航行的重要设备,一旦失灵,船舶即失去控制,甚至发生事故。因此,根据SOLAS公约的规定,对于从事国际航行的大于500总吨的货船或仅从事非国际沿海航行的大于1 600总吨的货船的舵机,我国《钢质海船... 详细信息

0引言舵机是保持或改变船舶航向、保证安全航行的重要设备,一旦失灵,船舶即失去控制,甚至发生事故。因此,根据SOLAS公约的规定,对于从事国际航行的大于500总吨的货船或仅从事非国际沿海航行的大于1 600总吨的货船的舵机,我国《钢质海船入级规范》提出明确的要求,即舵机必须具有足够大的转舵扭矩和转舵速度,

关键词：舵机系统故障实例 SOLAS公约船舶航向安全航行沿海航行钢质海船国际