一種千瓦級(jí)搖擺輸出三冗余電液數(shù)字伺服系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種千瓦級(jí)搖擺輸出三冗余電液數(shù)字伺服系統(tǒng)，涉及一種航天運(yùn)載器推力矢量控制用伺服系統(tǒng)，具體說(shuō)涉及一種常規(guī)推進(jìn)劑液體航天運(yùn)載器發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量控制用千瓦級(jí)快速響應(yīng)直線輸出三余度數(shù)字伺服系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的千瓦級(jí)搖擺輸出電液伺服機(jī)構(gòu)在伺服閥的前置級(jí)出現(xiàn)斷路的情況下便徹底失效，此時(shí)伺服機(jī)構(gòu)的可靠性不能得到保證，并且現(xiàn)有技術(shù)對(duì)伺服閥采用動(dòng)壓反饋硬件裝置，不僅增加了成本，而且性能參數(shù)調(diào)節(jié)非常麻煩。另外現(xiàn)有的千瓦級(jí)搖擺輸出電液伺服機(jī)構(gòu)采用的是斜軸式恒量柱塞栗，斜軸式恒量柱塞栗輸出的流量恒定，因此流量調(diào)節(jié)需要借助額外的溢流閥實(shí)現(xiàn)，并且斜軸式柱塞栗的快速啟動(dòng)性相對(duì)較慢，不能充分滿足現(xiàn)階段總體對(duì)提升待發(fā)射狀態(tài)下伺服系統(tǒng)的快速啟動(dòng)能力的要求。最后現(xiàn)有的千瓦級(jí)搖擺輸出電液伺服機(jī)構(gòu)在關(guān)鍵直線移動(dòng)密封部位采用的是單道的0型圈密封，這種結(jié)構(gòu)的密封性可靠性相對(duì)較差，由于泄漏需要每隔一段時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)油和補(bǔ)氣工作，不能充分滿足現(xiàn)階段總體對(duì)伺服機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期貯存的穩(wěn)定可靠性的要求。現(xiàn)有的千瓦級(jí)搖擺輸出電液伺服機(jī)構(gòu)在伺服閥的前置級(jí)出現(xiàn)斷路的情況下便徹底失效，此時(shí)伺服機(jī)構(gòu)的可靠性不能得到保證，并且現(xiàn)有技術(shù)對(duì)伺服閥采用動(dòng)壓反饋硬件裝置，不僅增加了成本，而且性能參數(shù)調(diào)節(jié)非常麻煩。另外現(xiàn)有的千瓦級(jí)搖擺輸出電液伺服機(jī)構(gòu)采用的是斜軸式恒量柱塞栗，斜軸式恒量柱塞栗輸出的流量恒定，因此流量調(diào)節(jié)需要借助額外的溢流閥實(shí)現(xiàn)，并且斜軸式柱塞栗的快速啟動(dòng)性相對(duì)較慢，不能充分滿足現(xiàn)階段總體對(duì)伺服機(jī)構(gòu)快速響應(yīng)的要求。最后現(xiàn)有的千瓦級(jí)搖擺輸出電液伺服機(jī)構(gòu)在關(guān)鍵直線移動(dòng)密封部位采用的是單道的0型圈密封，這種結(jié)構(gòu)的密封性可靠性相對(duì)較差，由于泄漏需要每隔一段時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)油和補(bǔ)氣工作，不能充分滿足現(xiàn)階段總體對(duì)伺服機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期貯存的要求，如圖1和圖2所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為:現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種千瓦級(jí)搖擺輸出三冗余電液數(shù)字伺服系統(tǒng)，該方案利用控制器內(nèi)置的三個(gè)獨(dú)立子控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服機(jī)構(gòu)上具有三個(gè)前置級(jí)的伺服閥進(jìn)行控制，并利用三余度反饋電位計(jì)將活塞桿的位置反饋到三個(gè)子控制器以形成閉環(huán)。該技術(shù)方案在伺服閥出現(xiàn)一路斷路的情況下仍能保證系統(tǒng)正常工作，并且取消了傳統(tǒng)伺服閥的動(dòng)壓反饋硬件裝置，轉(zhuǎn)而通過(guò)對(duì)控制器采用軟件算法來(lái)替代，具有參數(shù)調(diào)節(jié)靈活的優(yōu)勢(shì)。另外該系統(tǒng)采用直軸式變量柱塞栗取代了之前的斜軸式恒量栗，較之前不僅提高了快速啟動(dòng)性并且實(shí)現(xiàn)流量的自我調(diào)節(jié)(取消了之前的溢流閥)。最后該系統(tǒng)在關(guān)鍵直線移動(dòng)密封部位采用復(fù)合密封和雙道密封取代了之前的0型圈和單道密封，較之前更利于產(chǎn)品的長(zhǎng)期貯存和延壽。
[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)方案為:一種千瓦級(jí)搖擺輸出三冗余電液數(shù)字伺服系統(tǒng)，包括:地面三冗余數(shù)字伺服控制器、驅(qū)動(dòng)能源和液壓伺服機(jī)構(gòu)；
[0005]三冗余數(shù)字伺服控制器安裝于箭上，與液壓伺服機(jī)構(gòu)間通過(guò)電纜連接，三冗余數(shù)字伺服控制器用于完成液壓伺服機(jī)構(gòu)位置閉環(huán)和控制特性補(bǔ)償?shù)墓δ?，三冗余?shù)字伺服控制器包含三個(gè)獨(dú)立的子控制器，在接收到1553B總線發(fā)來(lái)的數(shù)字控制指令后，每臺(tái)獨(dú)立的子控制器能夠同時(shí)控制一至四臺(tái)液壓伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作，三個(gè)獨(dú)立的子控制器互為備份，三冗余數(shù)字伺服控制器的驅(qū)動(dòng)能源具有兩種，分別是直流電源驅(qū)動(dòng)和箭上電池驅(qū)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)行地面測(cè)試時(shí)，由直流電源負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)上天飛行時(shí)則由箭上電池負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)；
[0006]液壓伺服機(jī)構(gòu)包括:直流電動(dòng)機(jī)、變量柱塞栗、單向閥、三余度伺服閥、三余度反饋電位計(jì)、加注活門、蓄壓器、壓力傳感器、油濾組件、油面電位計(jì)、磁性油濾、高壓安全閥、液壓作動(dòng)器、遙測(cè)插座、控制插座；；
[0007]伺服控制器，控制插座，給反饋電位計(jì)、壓力傳感器、三余度伺服閥、油面電位計(jì)供電，通過(guò)控制插座采集三冗余反饋電位計(jì)的3路位置反饋信號(hào)，作為控制算法中位置反饋信號(hào)多數(shù)表決時(shí)的輸入信號(hào);3個(gè)子控制器分別控制1臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)的1個(gè)三余度伺服閥的3個(gè)閥線圈電流，即:1臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)由3個(gè)獨(dú)立的子控制器同時(shí)控制；
[0008]伺服控制器，包括DSP、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器;三余度伺服閥，包括三個(gè)前置級(jí)；
[0009]伺服控制器的每個(gè)子控制器通過(guò)控制插座采集一臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)的三余度反饋電位計(jì)的三路位置反饋信號(hào)(經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換)送到DSP，由DSP執(zhí)行位置反饋信號(hào)多數(shù)表決算法，得到選出的一路數(shù)字反饋信息，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換及功率放大后通過(guò)控制插座向伺服閥輸出伺服閥控制電流，輸出到一個(gè)三余度伺服閥的三個(gè)前置級(jí)，控制伺服機(jī)構(gòu)的液壓作動(dòng)器執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作；
[0010]遙測(cè)插座，采集油面電位計(jì)的油面信息和反饋電位計(jì)采集的液壓作動(dòng)器的位置信息;
[0011]工作原理:
[0012]變量柱塞栗出口的高壓油經(jīng)過(guò)油濾組件過(guò)濾油液中的雜質(zhì)后，送至單向閥后分成兩路，單向閥防止油液從蓄壓器反向流入變量柱塞栗，其中一路進(jìn)入蓄壓器，由蓄壓器抑制電液數(shù)字伺服系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，并通過(guò)蓄壓器給油箱加壓，另一路則經(jīng)磁性油濾對(duì)油液進(jìn)行二次過(guò)濾后通過(guò)三余度伺服閥的高壓口從而進(jìn)入液壓做動(dòng)器的高壓腔，實(shí)現(xiàn)液壓作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，液壓作動(dòng)器低壓腔的油再通過(guò)三余度伺服閥的低壓口回到油箱。
[0013]當(dāng)變量柱塞栗所提供的流量不足以滿足液壓作動(dòng)器的動(dòng)作需求時(shí)，蓄壓器內(nèi)的高壓油液能夠在通過(guò)磁性油濾后進(jìn)入三余度伺服閥的高壓口，并最終進(jìn)入液壓作動(dòng)器來(lái)補(bǔ)充所需流量；
[0014]蓄壓器內(nèi)裝有壓力傳感器，通過(guò)測(cè)量蓄壓器的壓力可以判讀液壓系統(tǒng)的工作是否正常；
[0015]高壓安全閥起到穩(wěn)定電液數(shù)字伺服系統(tǒng)壓力的作用，在電液數(shù)字伺服系統(tǒng)壓力過(guò)高時(shí)進(jìn)行卸壓。當(dāng)油箱內(nèi)的油液需要補(bǔ)充時(shí)則通過(guò)加注活門來(lái)實(shí)現(xiàn)給油箱內(nèi)補(bǔ)充油液，而油箱內(nèi)油液儲(chǔ)量則通過(guò)油箱內(nèi)的油面電位計(jì)來(lái)測(cè)量，反饋電位計(jì)用來(lái)測(cè)量液壓作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)位置，并將采集所得的位置信號(hào)通過(guò)控制插座返回到伺服控制器并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量位置信號(hào)，從而與通過(guò)1553B輸入伺服控制器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)比較后的差值控制液壓作動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0016]上述系統(tǒng)還包括旁通閥，安裝在伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)的液壓作動(dòng)器旁，旁通閥設(shè)有兩個(gè)位置，能夠在液壓作動(dòng)器沒(méi)有供電時(shí)，通過(guò)手動(dòng)控制液壓作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。
[0017]對(duì)作動(dòng)器、油箱、蓄壓器這些關(guān)鍵直線移動(dòng)密封部位采用了復(fù)合密封和雙道密封的新型密封方式，其中，蓄壓器活塞的外緣采用了特康A(chǔ)Q符合密封圈進(jìn)行復(fù)合密封，蓄壓器活塞的內(nèi)緣采用了特康格萊圈復(fù)合密封，并且在此基礎(chǔ)上又分別增加了雙道密封，即兩個(gè)特康格萊圈平行排列緊貼，作動(dòng)筒對(duì)外移動(dòng)密封采用特康斯特封復(fù)合密封的形式，并且在此基礎(chǔ)上增加了雙道密封，提高了密封可靠性，
[0018]所述油箱中的活塞采用了佐康威士復(fù)合密封的形式。
[0019]反饋電位計(jì)測(cè)量液壓作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)位置，與通過(guò)1553B總線輸入的伺服控制器的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化而成的模擬量進(jìn)行比較，得到模擬量的位置差值，送至PID，根據(jù)設(shè)定的比例積分微分參數(shù)，由PID對(duì)輸入模擬量的位置差值進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算，得到滿足電液數(shù)字伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)要求的位置差值模擬量，對(duì)該位置差值模擬量進(jìn)行陷波補(bǔ)償，通過(guò)陷波補(bǔ)償算法抑制發(fā)動(dòng)機(jī)諧振時(shí)幅值的上揚(yáng)，之后得到一個(gè)電壓模擬量，對(duì)電壓模擬量進(jìn)行限幅，得到伺服閥需要的控制電壓，將該控制電壓轉(zhuǎn)化為電流輸入至伺服閥，完成對(duì)液壓作動(dòng)器的控制。
[0020]所述變量柱塞栗，采用直軸式變量柱塞栗。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0022](1)本發(fā)明涉及的千瓦級(jí)搖擺輸出式伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，其中伺服控制器的總重量不超過(guò)9kg，而千瓦級(jí)搖擺輸出伺服機(jī)構(gòu)在油箱加注完油液的情況下總重量也不超過(guò)17.5kgο;
[0023](2)