分析民用液压舵机动刚度研究浅析

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1、·应用研究·符芳涌民用液压舵机动刚度研究浅析67民用液压舵机动刚度研究浅析符芳涌(上海飞机设计研究院，上海200232)摘要：液压伺服舵机广泛应用于民机电传飞行控制系统，舵机的众多特性引起了设计者的重视。动刚度作为液压舵机的一项重要性能指标，对飞机飞行安全有重大意义，其设计必须满足飞机操纵面颤振抑制要求。介绍了液压舵机动刚度的定义、动刚度特性研究的重要性、操纵面防颤振抑制设计原则以及舵机防颤振抑制设计方法。建立了液压舵机系统数学模型，提出了舵机动刚度特性的分析和测试验证方法。随着电液伺服技术和民用舵机设计的发展，舵机动刚度特性的研究将引起更多工程设计人员的重视。关键词：民

2、用液压舵机；动刚度；颤振抑制；研究方法；测试验证中图分类号：V227．8文献标识码：A文章编号：1672—1616(2011)19—0067一O5舵机系统是民用飞机飞行控制系统的重要组液压舵机是民机飞行操纵系统中直接连接于操纵成部分，是整个飞行控制系统的执行机构，用于控面的附件，是飞机活动面的重要操纵部件，必然对制飞机各个操纵舵面的偏转角度。民用舵机系统操纵面的颤振产生影响，也必然联系着操纵系统的属于伺服控制系统，由伺服控制器和伺服舵机2种刚度和阻抗。为此，有必要研究舵机的动刚度特主要功能单元构成一个闭环伺服控制系统。该系性。统执行来自飞行控制计算机(控制律)的指令，并将

3、电气指令信号转换为舵机的机械运动，从而驱动舵1舵机动刚度定义．面的偏转实现对飞机飞行控制的目的。1．1动刚度定义舵机是液压伺服控制系统的执行单元，包括控动刚度是结构在特定的动态激扰下抵抗变形制级和功率作动级2个功能层次，具体的功能单元的能力。静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度，动分为：信号转换、综合、均衡；信号放大；机械运动与载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起单位振功率输出；机械运动反馈信号的拾取；舵机故障检幅所需要的动态力。静刚度一般用结构在静载荷测以及舵机能源控制。随着伺服控制技术广泛用作用下的变形多少来衡量，动刚度则是用结构的固于航空领域，液压伺服舵机应用于民用飞

4、机电传飞有频率来衡量。如果动作用力频率远小于结构固行控制系统操纵机构，不仅节省了飞行员的体力，有频率时，可以认为动刚度和静刚度基本相同。否而且克服了跨音速时杆力的不可操纵性⋯1。通常则，动作用力的频率远大于结构固有频率时，结构伺服舵机按动力分，有液压驱动、电气驱动；按控制则不容易变形，此时结构的动刚度相对激扰较大。分，有机械指令、电气指令和机械一电气指令；按结当动作用力的频率与结构的固有频率相近时，可能构原理分，有液压作动筒式、液压马达式、四分圆出现共振现象。此时结构动刚度最小，变形最大。式、滚轴螺旋副式和游星齿轮式2。本文介绍的因此，动刚度是衡量结构抵抗预定动态激扰能力

5、的民用液压舵机属于电液伺服舵机，通过接收飞行控特性。制器的指令信号控制液压能源，驱使舵机作动筒作1．2舵机动刚度机械运动。不管是电液复合舵机还是复杂的余度舵机，其对于伺服作动系统，设计时需考虑系统输出特基本原理大致相同，典型的舵机系统实际上是伺服性、闭环性能、余度管理性能、可靠性及维护性L3J。阀及作动筒的组合[。民用液压舵机系统与典型收稿日期：2011—04—28作者简介：符芳涌(1981一)，男，海南海口人，上海飞机设计研究院助工，工学硕士，主要研究方向为飞控伺服作动系统设计、机电控制及系统仿真研究。2011年10月中国制造业信息化第40卷第l9期的液压舵机类似，由伺

6、服控制器与伺服作动器2种位移：主要功能单元构成。根据上述结构动刚度定义，舵Xt=lXtJsin(～)(1)机的动刚度是将舵机输出端处作用的干扰力作动刚度特性为为输入，而以其相应的位移x为输出来定义的。民用液压舵机动刚度结构定义如图l所示，将处于工z(j叫)一／X：l()K作状态的液压舵机输入端甜固定，在液压舵机输(2)出端施加按正弦规律变化的干扰力，改变干扰由式(1)可见，干扰力和位移之间有一定的相位移力的频率cu，则干扰力R与液压舵机输出端位移(随频率∞变化而变化)。由式(2)知，该正弦变化x的比值随频率叫的变化而变化，其函数关系即的位移可分解成与干扰力同相位和垂直于干

7、扰力为舵机的阻抗特性，即动刚度特性。其数学描述为：相位的2个分量，要改善舵机的动刚度特性，需相应提高这2个分量值⋯1。X=0，干扰力F／=IFf1sinrot，该作用力下产生输入指令‰⋯熙歪图1民用液压舵机动刚度结构简要示意图G()=X()／Fl()(4)2舵机动刚度研究目的与意义由式(4)可见，频率特性正好与刚度成倒数关系，舵机的一些众所周知的性能指标，如阶跃输入即，时的超调量、上升时间，频率特性中的频带宽、稳定Z(必)=Fl(J(U)／X(j-叫)：1／G()(5)裕量等，都是以从输入指令到输出位移这样一种输因而把G()=