连续回转电液伺服马达多场耦合理论及反步自适应控制研究

Continuous rotary electro-hydraulic servo motor with the performance of super low speed, wide speed range, high precision and high frequency response can be directly used to drive the slewing mechanism of crane, the load simulator, simulation table which need to realize continuous 360 rotary motion, In order to reduce super low speed pulse of continuous rotary motor,based on multi-field coupling theory, fluid-solid-heat coupling model can be established between the oil distribution plate, blades, rotor and stator, and coupling relationship between physical field is analyzed, and the influence of viscosity and temperature effect of hydraulic oil and the deformation under the oil pressure on internal flow field distribution and low speed pulse of the motor is studied. Considering the effect of surface roughness on flow field of the tiny gap, using sine wave to simulate surface roughness, flow field is caculated between the stator and the blade, and the blade surface and oil distribution, leakage performance prediction model of clearance oil slick will be established, and the influence of the inner leakage on the low speed pulsation can be confirmed. Considering the influence of the characteristics of servo control system, the backstepping adaptive control strategy to improve low speed performance of motor based on the feasibility of parameters can be adopted, which can be verified by simulation and experiment. This project can improve the low speed performance of continuous rotary motor, and lay the foundation for the design of the motor.

连续回转电液伺服马达具有超低速、宽调速、高精度和高频响的性能，可用于直接驱动起重机回转机构、负载模拟器、仿真转台等需要实现连续360 旋转运动的场合。针对连续回转马达超低速运行时产生脉动现象的问题，基于多场耦合理论，分别建立马达配油盘、叶片、转子和定子等关键部位的流-固-热耦合模型，分析各物理场之间的耦合关系，确定液压油的粘温效应以及油压作用下的变形量对马达内部流场分布及低速脉动特性的影响规律；考虑表面粗糙度对微小间隙流场的影响，用正弦波模拟表面粗糙度，分析定子与叶片、叶片端面及配油盘间表面粗糙度对流场分布的影响规律，建立间隙油膜内泄漏性能预测模型，确定内泄漏对马达低速脉动特性的影响规律；考虑伺服控制系统特性的影响，采用基于变化参数自适应律的反步自适应控制策略改善马达低速性能，并通过仿真及实验验证本方法的可行性。通过本项目的研究可改善连续回转马达超低速性能，并为马达的设计奠定基础。

国内外大负载仿真转台一般采用液压直接驱动方式，即由电液伺服马达直接驱动仿真转台各框架。直接驱动避免了因传动机构引起的系统刚度差、非线性度高、控制精度低等缺点，但同时也对其中的关键元件——电液伺服马达的性能提出了严格的要求，若其性能不佳就会影响到仿真转台的性能，因而，具有良好的超低速、高频响、宽调速、高精度性能的电液伺服系统是高性能仿真转台的必备条件。连续回转电液伺服马达由于不受转角限制而拓宽了高性能液压仿真转台的应用领域。高精度仿真转台对低速性能有着严格的要求，低速运行状况的好坏是反映转台系统性能好坏的重要评定依据之一，因此本项目重点对影响连续回转电液伺服马达低速性能的因素进行基础性研究，改善马达的低速性能，进而提高液压仿真转台的超低速性能。. 本项目针对连续回转马达超低速运行时产生脉动现象的问题，基于流固耦合理论，将叶片、定子、转子及配油盘端面作为固体边界，与其接触的液压油作为流体边界，分别建立了马达内部流体模型、固体模型，通过非线性有限元流固热耦合分析了液压油粘温效应以及油压作用下的马达结构变形量对马达内部流场分布的影响，获得了连续回转电液伺服马达内泄漏量的变化规律，对改善马达低速脉动特性具有重要意义。考虑了表面粗糙度对微小间隙流场的影响，用正弦波模拟了表面粗糙度，分析了定子与叶片、叶片端面及配油盘间表面粗糙度对流场分布的影响规律，建立了间隙油膜内泄漏性能预测模型，分析了内泄漏对马达低速脉动特性的影响规律；考虑了伺服控制系统特性的影响，采用了基于变化参数自适应律的反步自适应控制策略改善马达低速性能，马达系统最低平稳速度达到0.0005˚/s的性能指标，整个圆周范围内的低速运行平稳，抑制干扰能力强，马达无明显低速爬行现象，并通过仿真及实验验证了本方法的可行性。通过本项目的研究可改善连续回转马达超低速性能，并为马达的设计奠定了良好的基础。