一种千瓦级摇摆输出三冗余电液数字伺服系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种千瓦级摇摆输出三冗余电液数字伺服系统，涉及一种航天运载器推力矢量控制用伺服系统，具体说涉及一种常规推进剂液体航天运载器发动机推力矢量控制用千瓦级快速响应直线输出三余度数字伺服系统。
【背景技术】
[0002]现有的千瓦级摇摆输出电液伺服机构在伺服阀的前置级出现断路的情况下便彻底失效，此时伺服机构的可靠性不能得到保证，并且现有技术对伺服阀采用动压反馈硬件装置，不仅增加了成本，而且性能参数调节非常麻烦。另外现有的千瓦级摇摆输出电液伺服机构采用的是斜轴式恒量柱塞栗，斜轴式恒量柱塞栗输出的流量恒定，因此流量调节需要借助额外的溢流阀实现，并且斜轴式柱塞栗的快速启动性相对较慢，不能充分满足现阶段总体对提升待发射状态下伺服系统的快速启动能力的要求。最后现有的千瓦级摇摆输出电液伺服机构在关键直线移动密封部位采用的是单道的0型圈密封，这种结构的密封性可靠性相对较差，由于泄漏需要每隔一段时间进行补油和补气工作，不能充分满足现阶段总体对伺服机构长期贮存的稳定可靠性的要求。现有的千瓦级摇摆输出电液伺服机构在伺服阀的前置级出现断路的情况下便彻底失效，此时伺服机构的可靠性不能得到保证，并且现有技术对伺服阀采用动压反馈硬件装置，不仅增加了成本，而且性能参数调节非常麻烦。另外现有的千瓦级摇摆输出电液伺服机构采用的是斜轴式恒量柱塞栗，斜轴式恒量柱塞栗输出的流量恒定，因此流量调节需要借助额外的溢流阀实现，并且斜轴式柱塞栗的快速启动性相对较慢，不能充分满足现阶段总体对伺服机构快速响应的要求。最后现有的千瓦级摇摆输出电液伺服机构在关键直线移动密封部位采用的是单道的0型圈密封，这种结构的密封性可靠性相对较差，由于泄漏需要每隔一段时间进行补油和补气工作，不能充分满足现阶段总体对伺服机构长期贮存的要求，如图1和图2所示。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题为:现有技术不足，提供一种千瓦级摇摆输出三冗余电液数字伺服系统，该方案利用控制器内置的三个独立子控制器实现对伺服机构上具有三个前置级的伺服阀进行控制，并利用三余度反馈电位计将活塞杆的位置反馈到三个子控制器以形成闭环。该技术方案在伺服阀出现一路断路的情况下仍能保证系统正常工作，并且取消了传统伺服阀的动压反馈硬件装置，转而通过对控制器采用软件算法来替代，具有参数调节灵活的优势。另外该系统采用直轴式变量柱塞栗取代了之前的斜轴式恒量栗，较之前不仅提高了快速启动性并且实现流量的自我调节(取消了之前的溢流阀)。最后该系统在关键直线移动密封部位采用复合密封和双道密封取代了之前的0型圈和单道密封，较之前更利于产品的长期贮存和延寿。
[0004]本发明解决的技术方案为:一种千瓦级摇摆输出三冗余电液数字伺服系统，包括:地面三冗余数字伺服控制器、驱动能源和液压伺服机构；
[0005]三冗余数字伺服控制器安装于箭上，与液压伺服机构间通过电缆连接，三冗余数字伺服控制器用于完成液压伺服机构位置闭环和控制特性补偿的功能，三冗余数字伺服控制器包含三个独立的子控制器，在接收到1553B总线发来的数字控制指令后，每台独立的子控制器能够同时控制一至四台液压伺服机构动作，三个独立的子控制器互为备份，三冗余数字伺服控制器的驱动能源具有两种，分别是直流电源驱动和箭上电池驱动，当进行地面测试时，由直流电源负责驱动，当上天飞行时则由箭上电池负责驱动；
[0006]液压伺服机构包括:直流电动机、变量柱塞栗、单向阀、三余度伺服阀、三余度反馈电位计、加注活门、蓄压器、压力传感器、油滤组件、油面电位计、磁性油滤、高压安全阀、液压作动器、遥测插座、控制插座；；
[0007]伺服控制器，控制插座，给反馈电位计、压力传感器、三余度伺服阀、油面电位计供电，通过控制插座采集三冗余反馈电位计的3路位置反馈信号，作为控制算法中位置反馈信号多数表决时的输入信号;3个子控制器分别控制1台伺服机构的1个三余度伺服阀的3个阀线圈电流，即:1台伺服机构由3个独立的子控制器同时控制；
[0008]伺服控制器，包括DSP、D/A转换器、A/D转换器;三余度伺服阀，包括三个前置级；
[0009]伺服控制器的每个子控制器通过控制插座采集一台伺服机构的三余度反馈电位计的三路位置反馈信号(经过A/D转换器进行AD转换)送到DSP，由DSP执行位置反馈信号多数表决算法，得到选出的一路数字反馈信息，经D/A转换及功率放大后通过控制插座向伺服阀输出伺服阀控制电流，输出到一个三余度伺服阀的三个前置级，控制伺服机构的液压作动器执行相应动作；
[0010]遥测插座，采集油面电位计的油面信息和反馈电位计采集的液压作动器的位置信息;
[0011]工作原理:
[0012]变量柱塞栗出口的高压油经过油滤组件过滤油液中的杂质后，送至单向阀后分成两路，单向阀防止油液从蓄压器反向流入变量柱塞栗，其中一路进入蓄压器，由蓄压器抑制电液数字伺服系统的压力波动，并通过蓄压器给油箱加压，另一路则经磁性油滤对油液进行二次过滤后通过三余度伺服阀的高压口从而进入液压做动器的高压腔，实现液压作动器的运动，液压作动器低压腔的油再通过三余度伺服阀的低压口回到油箱。
[0013]当变量柱塞栗所提供的流量不足以满足液压作动器的动作需求时，蓄压器内的高压油液能够在通过磁性油滤后进入三余度伺服阀的高压口，并最终进入液压作动器来补充所需流量；
[0014]蓄压器内装有压力传感器，通过测量蓄压器的压力可以判读液压系统的工作是否正常；
[0015]高压安全阀起到稳定电液数字伺服系统压力的作用，在电液数字伺服系统压力过高时进行卸压。当油箱内的油液需要补充时则通过加注活门来实现给油箱内补充油液，而油箱内油液储量则通过油箱内的油面电位计来测量，反馈电位计用来测量液压作动器的运动位置，并将采集所得的位置信号通过控制插座返回到伺服控制器并转化为数字量位置信号，从而与通过1553B输入伺服控制器的数字信号进行比较，根据比较后的差值控制液压作动器，实现闭环控制。
[0016]上述系统还包括旁通阀，安装在伺服机构内的液压作动器旁，旁通阀设有两个位置，能够在液压作动器没有供电时，通过手动控制液压作动器运动。
[0017]对作动器、油箱、蓄压器这些关键直线移动密封部位采用了复合密封和双道密封的新型密封方式，其中，蓄压器活塞的外缘采用了特康AQ符合密封圈进行复合密封，蓄压器活塞的内缘采用了特康格莱圈复合密封，并且在此基础上又分别增加了双道密封，即两个特康格莱圈平行排列紧贴，作动筒对外移动密封采用特康斯特封复合密封的形式，并且在此基础上增加了双道密封，提高了密封可靠性，
[0018]所述油箱中的活塞采用了佐康威士复合密封的形式。
[0019]反馈电位计测量液压作动器的运动位置，与通过1553B总线输入的伺服控制器的数字信号转化而成的模拟量进行比较，得到模拟量的位置差值，送至PID，根据设定的比例积分微分参数，由PID对输入模拟量的位置差值进行比例积分微分运算，得到满足电液数字伺服系统动态要求的位置差值模拟量，对该位置差值模拟量进行陷波补偿，通过陷波补偿算法抑制发动机谐振时幅值的上扬，之后得到一个电压模拟量，对电压模拟量进行限幅，得到伺服阀需要的控制电压，将该控制电压转化为电流输入至伺服阀，完成对液压作动器的控制。
[0020]所述变量柱塞栗，采用直轴式变量柱塞栗。
[0021]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0022](1)本发明涉及的千瓦级摇摆输出式伺服系统结构紧凑，其中伺服控制器的总重量不超过9kg，而千瓦级摇摆输出伺服机构在油箱加注完油液的情况下总重量也不超过17.5kgο;
[0023](2)