研究和评论:工程和技术雷竞技苹果下载杂志》上
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ISSN: 2319 - 9873
+ 44 7456 035580工程大学电子工程系,锡安山,Kadammanitta Pathanamthitta、印度
收到日期:20/12/2016;接受日期:13/02/2017;发表日期:19/02/2017
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运载火箭将在球场上,偏航和滚动方向的推力矢量控制引擎框架伺服作动器的控制(EGC)为导弹平台系统提供精确的转向。EGC驱动系统广泛用于液体推进剂发动机推力矢量的运载火箭,携带有效载荷从地球表面到外太空。本文阐述了补偿器设计方法适用于基于EMA的位置伺服系统,以满足所需的频率和时域EGC系统的需求。它涉及伺服分析、线性建模和补偿器设计的机电驱动系统。伺服驱动系统的线性模型的开发和设计补偿器进行了会面,运载火箭EGC系统的要求。仿真结果给出了利用MATLAB / SIMULINK仿真工具。
教育津贴,EGC系统、推力矢量补偿器的设计
Be粘性阻尼系数引擎常平架
Bm:粘性阻尼力矩电机
Je:发动机惯性矩(MI)
J我:反映MI从转子引擎J我
Jm: MI的力矩马达旋转总成
Kb:力矩电机电动势不变
Kcf:电流环反馈增益
吉隆坡:致动器安装结构刚度
Kp:位置传感器(线性)标量的因素
KT:转矩电动机的敏感性
Lm:致动器杠杆臂长度
注:滚珠螺杆齿轮传动比
Nch:力矩马达的操作通道
Rm:力矩电机绕组电阻
Vs:转矩电动机电源电压
ωd:解调器频率
ξd:解调器阻尼因子
在运载火箭,一个小推力矢量的旋转角对万向节(通常在±8°±5°俯仰和偏航)就足以产生大量的正常或侧向力平衡,可用于稳定和引导车辆克服阵风扰动和平衡空气动力的时刻。一个线性驱动系统在推力矢量控制中扮演关键角色的空间运输系统。线性致动器可以是流体动力传动装置气动或液压执行机构或可能是电机驱动的机电作动器。机电作动器(1]正在审查设计的伺服驱动系统,以提供更轻、更清洁和更可靠的控制执行机构。
在飞行过程中,飞行控制系统和执行机构由自动驾驶仪(DAP)扩展或收缩致动器轴,通过电机械驱动来实现所需的俯仰和偏航改变发动机旋转,从而实现所需的喷管偏转。阶段的EGC伺服电机系统提供了两个正交的。
机电致动器(图1)的偏转控制引擎。致动器是在一片方向而在偏航方向。车辆与致动器的一端,另一端连着喷嘴。辊运动实现单独的帮助下辊控制系统(2]。
图1:发动机平衡控制(egc)驱动系统。
本文组织如下。在第二节,EGC系统的功能模型。阶段2 EGC系统的线性模型是包含在第三节。在第四节详细的补偿器设计方法。仿真(3结果给出了在第四节。的concluding remarks are given in Section 5.
的执行机构由自动驾驶仪吩咐,为发动机的运动动力学(4)基于错误命令生成的导航和制导系统。
机电伺服控制系统(5)由力矩电机产生足够的转矩驱动喷嘴的万向节。典型的基于电机械执行机构的EGC系统框图所示图2。通过滚珠螺杆机制、旋转扭矩转化为线性力,进而驱动引擎喷嘴。喷嘴的偏转是由位置传感器测量的(线性)和线性的输出处理并与电压等效命令从弹跳,对所需的位移。由此产生的误差电压放大,补偿和美联储刷力矩电机,生产所需的转矩平衡发动机喷嘴轴心点。当前循环确保所需的电流通过电动机电枢线圈按照参考输入的电流环控制信号。
图2:功能模型基于EMA的发动机平衡控制系统[6]。
EGC系统被建模为一个系统包括四个独立的执行机构,两个在偏航轴和两个在俯仰轴。伺服系统的发展和分析每个执行机构的独立完成。机电致动器(EMA)阶段EGC系统数学建模,它近似为二阶线性系统表示如下:
(1)
阶段2 EGC致动器的负载动态惯性控制系统的传递函数加载/喷嘴动力学是由方程(2)。
(2)
机械共振之间的等效惯性矩和刚度可以推导出以下共振频率(fr)和频率(f浸)。
(3)
(4)
Jeff等效惯性矩来自发动机的转动惯量和电机转动惯量。
等效惯性矩(Jeff)表达在Eq (5):
(5)
Kl相当于安装支架刚度、L是杠杆臂长度、J米发动机转动惯量和J我是反映转子的转动惯量引擎端(图3)。
图3:基于线性模型的阶段EMA EGC系统。
补偿方案阶段EGC系统已经开发了基于需求和植物动力学,可以在设计阶段。稳定需求的形式表示增益裕度(GM > 6 db)和相位保证金(PM > 40°)。个人频率响应的电机械执行机构(图4)和喷嘴动力学(图5通过波特图分析(分析)7,8]。
图4:电磁执行器的频率响应。
图5:频率响应的喷嘴动力学。
开环频率响应分析的系统(图6)发现即使系统是稳定的,系统规范没有得到满足。的补偿器方法采用以满足闭环规范。
图6:也开环补偿系统的频率响应。
补偿方案
补偿方案由伪速度环和位置环,如图所示图7。位置回路补偿器由一个陷波滤波器、延迟滤波器和一个适当的增益。
图7:EGC系统补偿方案。
从图6,很明显的阶段边缘系统相比更少需要规范。该补偿器可以引入前馈路径,以提高阶段。但铅过滤器在前馈路径区分输入信号和噪声信号也会被放大,如果存在;介绍了对系统的动态性能产生负面影响。这速度滤波器在反馈路径是更好的选择。
Ratefeedback补偿
植物参数不确定性和传感器噪声增加在高频率。为了避免不必要的控制作用在这些频率,速度反馈补偿器应该设计,形状上面的循环反应交叉频率。在传动装置喷嘴系统中,速度是不能直接作为一个信号反馈。因此伪速度环采用的速度信号是由位置传感器(线性)输出。率滤波器传递函数表示如下:
分子的速度回路补偿器保持Kr×S和分母是选择以这样的方式来获得速度环路带宽位置环的四到五倍。增加速度反馈系数往往会超过低但系统将缓慢得令人无法接受。因此滞后补偿器级联串联在前进的道路上,为了满足系统规范。
的图6显示植物的开环频率响应的共振峰在17.3赫兹(理论上得到的方程3和4)。使用伪共振模式是积极稳定速率循环的速率输入来源于位置传感器输出(图8)。伪速度循环还提供了更多的相对稳定刚体伺服模式。
图8:开环频率响应和速度的封闭的系统。
延迟滤波器
位置环也由一个滞后过滤器来确保良好的稳态响应。一般延迟滤波器的传递函数:
在那里,
滞后补偿器本质上是一个无源低通滤波器(LPF),确保高增益低频率(改善稳态性能),减少了获得更高的临界范围的频率,以提高阶段。
陷波滤波器
陷波滤波器也介绍了前进道路的位置环;抑制高频振动模式相关的机械系统。因此,陷波滤波器集中在共振频率(17.3赫兹)减弱控制结构的相互作用。广泛的陷波滤波器是首选,避免航空动态载荷作用下的共振频率变化。考虑到陷波滤波器传递函数如下。
这三个可调参数ξ1,ξ2和ωn。的比率ξ2 /ξ1设置切口的深度,和ωn固有频率的弧度。
的图9显示了陷波滤波器的响应设计集中在共振频率即(自然)。,17.3赫兹和系数ξ1选为0.05 (表1),分母ξ2选为0.5 (图10- - - - - -12)。
图9:陷波滤波器的频率响应。
图10:频率响应率的封闭和闭环系统,没有陷波滤波器。
图11:频率响应补偿的闭环系统。
图12:补偿闭环系统的阶跃响应。
| 规范 | 要求 | 测量值 |
|---|---|---|
| 3 dB带宽 | 4.5±0.5赫兹 | 4.2赫兹 |
| 上升时间 | 70±20女士 | 81.2毫秒 |
| 高峰时间 | < 180 | 170毫秒 |
| 沉淀时间 | < 600毫秒 | 111毫秒 |
| 过度 | < 25% | 21% |
| M-Peak | < 2 dB | 1.6 dB |
| 稳态误差 | < 2% | 0 |
表1:补偿驱动系统的性能评估。
本文处理的补偿器设计方法适用于运载火箭EGC系统的线性模型,推力矢量控制应用程序。补偿方案开发出基于植物的需求和动态,满足所有系统的频率和时间域的需求。的模拟结果提出了利用MATLAB / SIMULINK仿真工具。控制系统补偿,提高了系统的动态性能,以减轻一些不良特性的控制元素出现在EGC驱动系统。
