1 南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司, 武汉 430074
2 国网电力科学研究院 武汉南瑞有限责任公司, 武汉 430074
3 国家电网有限公司, 北京 100032
4 国网新疆电力有限公司 电力科学研究院, 乌鲁木齐 830063
大型充油设备油箱内部区域发生局部高压放电时, 会使放电区域变压器油瞬间气化并产生爆炸压力波。为了研究上述过程中压力波在变压器油箱内部以及升高座区域的传播特性, 依据实际实验情况建立三维几何模型, 并划分多面体网格, 采用FLUENT软件进行数值模拟。计算过程中通过Profile文件在放电区域加载实际放电能量曲线, 并且通过气液两相流模型考虑气体和液体的可压缩性对其进行计算求解。结果表明：电弧能量4.929 MJ、持续时间58.6 ms情况下, 计算得到升高座顶部监测点压力峰值为1.21 MPa, 油箱左侧顶部位置监测点压力峰值4.62 MPa, 油箱右侧顶部位置监测点压力峰值3.79 MPa; 升高座区域内达到的压力峰值随着距离故障点位置的增加而不断减小。将仿真得到的不同监测点位置压力峰值以及压力变化趋势与实验结果进行对比, 二者具有较好的一致性, 验证了仿真计算模型的有效性。通过数值模拟手段建立油箱内电弧故障放电仿真模型并求解, 可获得油箱及升高座内各位置的详细压力变化曲线及三维空间内压力波传播规律, 能够极大地减少放电实验所产生的人力和物力损耗, 并为变压器油箱内电弧燃爆事故预防提供有效的理论依据。
电弧燃爆 变压器油箱 超压峰值 数值仿真 arc explosion transformer tank peak overpressure numerical simulation
1 中电海康集团有限公司研究院，浙江 杭州 310000
2 长春国科医工科技发展有限公司，吉林 长春 130000
3 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130000
机器视觉镜头参数要求有别于其他镜头，为了保证测量精度，要求镜头的光学畸变很小甚至接近零，有的工作场合还要求有很宽的工作距等。设计一种机器视觉镜头，使用8枚球面镜片，采用固定后组，移动前组的调焦结构，实现了在空间频率120 lp/mm处，工作距从无穷远到超近摄0.1 m时，镜头畸变小于0.1%，MTF全视场大于0.4的性能要求。光学系统后组使用了两枚镜片，与后组只有一枚镜片的架构不同，不仅提升了光学性能，还有利于系统的平衡及稳定。整个光学系统没有非球面，也没有高折射率或高阿贝数的特殊玻璃，均为常见的冕牌玻璃和火石玻璃，降低了镜头成本,镜片加工及组装公差范围内量产优良率达90%以上。该镜头光学系统可广泛应用于机器视觉尤其是智能机器视觉行业。
机器视觉 低畸变 光学镜头 光学设计 宽工作距 machine vision low distortion optical lens optical design wide working distance
海军驻大连地区军事代表室, 辽宁 大连 116021
激光陀螺的机抖特性有效克服了陀螺的闭锁效应，是其高精度输出的重要保障。陀螺在不同惯性装置下的抖频会发生变化，这极大地影响了其输出精度，严重制约了激光陀螺在各类惯性装备下的服役能力。从激光陀螺抖动偏频系统入手，对陀螺及其支承结构进行了结构动力学建模及分析，从理论与原理实验两方面论证了支承结构惯量对陀螺抖频特性,乃至陀螺输出精度的影响，分析结果表明，减小支承结构惯量能提高陀螺抖频，进而提高其精度。为激光陀螺在惯导装备中更好的应用起到了指导作用。
惯性测量单元 激光陀螺 抖动偏频系统 抖频特性 动力学分析 inertial measurement unit(IMU) ring laser gyroscope (RLG) dither bias system dithered frequency characteristics dynamic analysis
1 西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710129
2 中国科学院长春光学精密机械研究所, 吉林 长春 130033
针对永磁直线同步电机激光切割运动平台的位置伺服控制低抖振、高精度、强鲁棒的要求, 在传统双幂次滑模趋近律的基础上, 提出一种变边界层的双幂次滑模趋近律带滑模扰动观测器的复合趋近律滑摸控制方法。变边界层方法是对控制系统的控制精度要求和降低抖振的权衡, 而所提出的方法又继承了传统双幂次滑模趋近律方法的有限时间收敛特性。为了降低控制系统设计的保守性, 设计了一种基于超螺旋算法的滑模扰动观测器对系统的未知扰动进行估计, 并在此算法中添加一个幂指数, 通过仿真实验证明了提高幂指数的数值可加快未知扰动的估计值的收敛速度。结合Lyapunov稳定性理论, 证明了闭环系统的稳定性。最后, 搭建了用于激光切割的永磁直线同步电机平移试验台对所提出的控制器进行测试。实验结果表明: 本文所提出的控制器的位置跟踪误差不超过1 μm, 且误差波动较小, 能够满足伺服控制系统的要求。
永磁直线同步电机 复合滑模控制 滑模扰动观测器 位置伺服 变边界层 permanent magnet linear synchronous motor composite sliding mode control sliding mode disturbance observer position servo variable boundary layer
中国科学院 长春光学精明机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了优化飞行器折叠翼机构的展开性能, 对飞行器的折叠翼机构进行分析, 并提出了优化其展开性能的方法。建立了折叠翼机构展开的理论模型和动力学仿真模型, 对折叠翼机构展开过程进行了动力学分析, 并进行了实例计算。分析了影响折叠翼机构展开性能的因素, 用正交试验的方法对折叠翼机构进行了优化设计, 得到了最优折叠翼机构方案, 并对最优方案进行了仿真分析。最后, 按照最优方案折叠翼机构进行了改进, 实验测试了折叠翼机构的展开性能。实验测得折叠翼机构展开时间为0.128 s, 测点位置应力分别为82 MPa和92 MPa; 动力学仿真得到折叠翼机构展开时间为0.122 s, 相应测点位置应力分别为85 MPa和96 MPa, 两项测试误差在5%以内。得到的结果表明折叠翼机构满足机翼展开稳定、快速, 应力和冲击力小的要求, 为飞行器性能的调高奠定了基础。
飞行器 折叠翼 展开性能 动力学模型 正交试验 结构优化 aircraft folding wing deployment performance dynamic model orthogonal trial mechanism optimization
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对空空导弹的电动舵机系统, 提出了基于传动机构主模态的控制方案, 并利用机构动态特性匹配和主模态法设计了双环控制系统。对曲柄滑块机构中的连杆进行分析, 利用机构动态特性匹配和主模态方法将高阶多自由度动力学模型简化为二自由度自由转子模型。对二自由度模型与控制系统联合建模, 分析机构在有无阻尼状态时谐振主频对系统开环截止频率的影响, 确定了按照无阻尼状态进行系统设计更为可靠。最后, 对传动机构进行了模态测试, 确定了机构动态特性匹配设计方法的可行性。结合风洞测试数据在全弹道飞行平台上对含机构主模态的舵机系统进行了性能验证。模态测试结果表明: 固支舵面第一阶扭转频率为1 210.47 rad/s, 传动机构(含舵面)第一阶扭转频率为1 148.17 rad/s, 与理论1 180.0 rad/s结果一致。全弹道飞行平台外载荷验证显示: 最大铰链力矩为6.8 Nm时, 舵面弹性转角为1.1°, 舵机跟踪自驾仪指令最大误差为±0.1°, 这些结果满足舵机系统对性能指标的要求。
双环电动舵机 机构模态 谐振主频 飞行平台验证 空空导弹 double-loop electromechanical actuator mechanism modal resonant frequency verification of flight platform air-to-air missile 光学 精密工程
2015, 23(11): 3138
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 武汉第二船舶设计研究所, 湖北 武汉 430064
为提高电动舵机伺服系统的跟踪精度, 提出了辨识、测试它的摩擦和间隙非线性及对其进行补偿的方法。针对位置和速度双闭环控制的电动舵机伺服系统, 建立了基于LuGre摩擦和迟滞间隙的数学模型; 依据模型采用前馈补偿方法对系统中的摩擦进行补偿, 同时采用逆模型方法对系统中的间隙进行补偿控制。实验显示, 对于幅值为1°, 频率为2.5 Hz 的给定正弦信号, 补偿后系统的最大位置跟踪误差由原来的0.166°减小到了0.096°, 最大速度跟踪误差由原来的2.723 r/min减小到了0.393 r/min。结果表明, 本文提出的辨识测试方法能够精确地获得摩擦和间隙模型, 基于该模型的补偿能够有效地提高电动舵机伺服系统的跟踪精度。
电动舵机伺服系统 非线性 LuGre摩擦 迟滞间隙 辨识及补偿 electromechanical actuator servo system nonlinearity LuGre friction hysteresis backlash identification and compensation
