液压无磁连续回转伺服驱动理论与关键技术研究

针对磁导航器件自动测试设备提出的高精度、连续回转、超低磁干扰要求，以及无磁连续回转伺服驱动技术缺乏成熟理论指导的现状，以磁罗盘性能测试无磁转台为应用背景，对一种连续回转的液压凸轮转子伺服马达开展无磁化设计及其伺服驱动关键技术研究。研究无磁材料下伺服马达的特殊结构设计、参数优化、可靠密封、抗磨耐压等关键问题，形成无磁伺服马达结构参数设计的初步理论；针对无磁环境下的伺服驱动问题，研究无磁伺服系统在细长工作腔、低固有频率、摩擦和惯性混合负载下的相关理论、动态特性，探索无磁伺服驱动机理，研究实现无磁伺服系统高定位精度、平稳速率的控制策略。结合目前的在研项目，通过上述理论和关键技术攻关，旨在充分利用和挖掘液压伺服驱动的弱磁或无磁优点，初步形成液压无磁伺服驱动理论和实践，为液压无磁伺服技术在无磁转台等方面的应用打下基础。

本基金项目以磁罗盘性能测试用三轴无磁转台为应用背景，对一种液压连续回转马达伺服系统开展无磁化设计及其伺服驱动关键技术研究。.已开展研究的内容主要包括：1）研究无磁液压伺服驱动系统的实现原理及在三轴无磁转台上的应用、其磁性的分析与无磁结构的设计，探讨并形成液压无磁伺服驱动的实现方法和有效途径；2）无磁液压伺服驱动条件下的长管道阀控马达系统特性分析；3）无磁液压连续回转马达的摩擦特性分析及其对无磁液压伺服系统性能的影响；4）针对无磁条件下、液压长管道阀控伺服系统，研究实现系统平稳速率和高定位精度的控制策略，并在三轴液压无磁转台上进行了以实际性能指标为执行依据的实验研究。.通过上述理论和关键技术攻关，本项目研究获得了以下若干成果：1）根据无磁环境的特殊要求，突破液压伺服系统传统的阀紧邻马达的典型设计惯例，采取了伺服阀远离马达的特殊方案形式，提出并形成了对工程实际应用具有指导意义的多轴液压无磁伺服驱动的实现原理和设计方法；2）从实时易操作等角度考虑，对阀控长管道、弱阻尼的液压无磁伺服系统提出了一种有针对性的PIDD简约控制策略，为实现系统速率和定位精度的性能指标提供了一种有效的控制调节手段；3）对某型号磁罗盘性能测试用三轴液压无磁转台进行了液压无磁连续回转马达的设计开发和液压无磁伺服系统的控制调试。最终的测试结果表明，液压无磁三轴转台安装区域的磁场畸变不大于指标要求的7nT，内框、中框、外框不同转速下的角速率测量值与标称值偏差不大于0.007（优于用户指标要求0.01），定位精度误差不大于2.5’（优于用户指标要求6’）。.本项目研究的意义在于：学科专业层面上，相较于伺服驱动电机的大电流、强磁场干扰特点，传统的电机驱动技术难以涉足无磁或弱磁场合的应用领域，而本项目充分利用和挖掘了液压伺服驱动的弱磁或无磁特点，通过理论研究和工程实践，初步形成了液压无磁伺服驱动的实现方法和相关理论，为液压伺服驱动技术在无磁或弱磁工程领域的独特应用打下了相应基础，进而也为丰富液压伺服驱动技术的内涵、拓展其应用领域作出了有益的探索。而工程应用层面上，通过对无磁液压连续回转伺服系统关键技术的研究，其系统性能满足了某型号三轴无磁转台的相关指标要求，结束了以往无磁回转装置、尤其是多轴无磁回转装置的手动驱动方式，开启了在多轴无磁回转装置上实现液压自动控制的先例。