采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统技术方案

本发明专利技术涉及运载火箭用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统，属于运载火箭控制技术领域。伺服系统控制回路采取了系统级三冗余设计方案，三余度伺服阀有三个独立的前置级，三余度位移传感器有三个独立的冗余通道。伺服控制器接收1553B总线上的三冗余数字控制指令，同时伺服控制器每1台子控制器采集1台伺服机构的三冗余位移传感器的3路线位移，由控制器中央处理单元执行线位移多数表决算法和数据闭环控制算法处理，经D/A转换及功率放大后输出伺服阀控制电流，输出到1台伺服机构三冗余伺服阀的1个前置级，在伺服阀的功率级滑阀上实现多数表决，可化解吸收冗余通道的一度故障。

【技术实现步骤摘要】
采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统
本专利技术涉及一种伺服系统，具体说涉及一种运载火箭用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统，属于运载火箭控制

技术介绍
伺服系统是我国对运载火箭飞行控制执行机构子系统的统称，典型应用是摇摆发动机实施推力矢量控制。液氢液氧发动机以液氢和液氧为燃料，具备无毒、无污染、高性价比和使用维护方便等优点，是目前世界上的一种主流运载火箭发动机。相应地，配套液氢液氧发动机的伺服系统也是必备箭上设备。国内外大推力火箭发动机推力矢量控制电液伺服机构通常采用由发动机传动轴获取机械能，带动伺服液压泵工作，提供伺服系统工作所需的高压能源，见附图14。大推力液氢液氧双摆发动机由于其结构复杂，无法采用传统的机械供能方式。国外大推力液氢液氧发动机推力矢量控制用伺服机构采用的典型伺服能源方案有：美国新研阿瑞斯Ⅰ/Ⅴ上面级采用新研J-2X氢氧发动机，采用从发动机引流高压氢气驱动涡轮，经齿轮箱减速后传动液压泵产生液压能源，见附图15。涡轮泵、液压泵等元件分布放置，通过管路连接。日本改进型的H-IIA火箭一级采用LE-7氢氧发动机，其推力矢量执行机构采用蓄压器+油箱的挤压式(Blowdown)液压系统，液压油做功后直接排空，见附图16。国内CZ-3A\CZ-3B火箭8T液氢液氧发动机推力矢量控制电液伺服机构，采取从发动机氢气涡轮泵后引流高压氢气，驱动小功率叶片式气动机传动变量液压泵的能源方案，见附图17，该种气动机能源方案只适用于较小功率的伺服机构系统，不能用于本专利技术所要求的大功率伺服系统。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统。本专利技术的技术解决方案是：采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统，其特征在于：该伺服系统包括一台伺服控制器、伺服机构A、伺服机构B、伺服机构C和伺服机构D；所述的伺服机构C与伺服机构A相同；所述的伺服机构D与伺服机构B相同；所述的伺服控制器为三余度数字伺服控制器；所述的伺服机构A该伺服机构包括氢气涡轮泵、冷却器、涡轮泵安装座、冷却器耳座和伺服机构作动器A；其中作动器A中的伺服阀采用三余度伺服阀，作动器A中的电位计采用三余度反馈电位计；所述的氢气涡轮泵包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；所述的涡轮泵安装座为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，涡轮泵安装座上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于涡轮泵安装座圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于涡轮泵安装座圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；氢气涡轮泵的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵的壳体底端面与涡轮泵安装座的平台固定连接；氢气涡轮泵的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；所述的冷却器耳座为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口；氢气涡轮泵的壳体底端面与涡轮泵安装座的平台固定连接，涡轮泵安装座上的气路通道的入口与氢气涡轮泵的壳体底端面之间通过柔性石墨垫进行密封，涡轮泵安装座上的低温低压油路通道与氢气涡轮泵的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器的第四法兰与涡轮泵安装座的第一法兰固定连接，冷却器的进油通道入口与涡轮泵安装座高温低压油路通到的出口连通，冷却器的出油通道出口与涡轮泵安装座低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈进行密封；冷却器的气路通道的入口与涡轮泵安装座气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；冷却器的第五法兰与冷却器耳座的第三法兰固定连接；冷却器的气路通道的出口与冷却器耳座的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮泵安装座的第二法兰与伺服机构作动器固定连接，涡轮泵安装座的高温低压油路通道的入口与作动器的低压油路通道连通，涡轮泵安装座的低温高压油路通道的出口与作动器的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封；所述的伺服机构B包括油箱、蓄能器、电机、油泵和作动器B；其中作动器B中的伺服阀采用三余度伺服阀，作动器B中的电位计采用三余度反馈电位计；所述的作动器B的左端与油箱的右端固定连接，油箱的左端与蓄能器的右端固定连接，油泵的右端与电机的左端固定连接，电机的下端面与蓄能器的右端上端面固定连接；油泵的吸油口、油泵泄油口与油箱通过油管连接；油泵高压出油口与作动器通过油管连接；伺服机构A的作动器上有一个高压油口和一个低压油口，伺服机构B的作动器上有两个高压油口和两个低压油口，伺服机构A作动器的高压油口与伺服机构B作动器的其中一个高压油口通过高压油管连接，伺服机构A作动器的低压油口与伺服机构B作动器的其中一个低压油口通过低压油管连接；伺服机构B的另一个高压油口与伺服机构D作动器的其中一个高压油口通过高压油管连接；伺服机构B的另一个低压油口与伺服机构D作动器的其中一个低压油口通过低压油管连接；伺服机构C作动器的高压油口与伺服机构D作动器的另一个高压油口通过高压油管连接，伺服机构C作动器的低压油口与伺服机构D作动器的另一个低压油口通过低压油管连接；伺服控制器与伺服机构A的作动器、伺服机构B的作动器、伺服机构C的作动器、伺服机构D的作动器分别通过电缆连接。伺服机构A与伺服机构B在发动机上呈90°安装；伺服机构C与伺服机构D在另一台发动机上呈90°安装。该伺服机构A包括氢气涡轮泵、冷却器、涡轮泵安装座、冷却器耳座和伺服机构作动器A；所述的氢气涡轮泵包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；所述的涡轮泵安装座为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，涡轮泵安装座上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于涡轮泵安装座圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于涡轮泵安装座圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；氢气涡轮泵的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵的壳体底端面与涡轮泵安装座的平台固定连接；氢气涡轮泵的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；一种集成氢气涡轮泵伺服机构的伺服控制方法，从发动机或气源引流的高压氢气从氢气涡轮泵氢气进气口进入，高压氢气驱动氢气涡轮泵做功后，氢气依次经过氢气涡轮泵壳体螺旋气路通道、涡轮泵安装座气路通道、冷却器气路通道、冷却器耳座气路通道排出；伺服机构内高温低压油经伺服机构作动器A本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统，其特征在于：该伺服系统包括一台伺服控制器、伺服机构A、伺服机构B、伺服机构C和伺服机构D；所述的伺服机构C与伺服机构A相同；所述的伺服机构D与伺服机构B相同；所述的伺服控制器为三余度数字伺服控制器；所述的伺服机构A包括氢气涡轮泵(1)、冷却器(2)、涡轮泵安装座(3)、冷却器耳座(4)和伺服机构作动器A(5)；其中作动器A(5)中的伺服阀采用三余度伺服阀，作动器A(5)中的电位计采用三余度反馈电位计；所述的氢气涡轮泵(1)包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；所述的涡轮泵安装座(3)为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，涡轮泵安装座(3)上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于涡轮泵安装座(3)圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于涡轮泵安装座(3)圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；氢气涡轮泵(1)的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵(1)的壳体底端面与涡轮泵安装座(3)的平台固定连接；氢气涡轮泵(1)的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；所述的冷却器耳座(4)为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座(4)的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口；氢气涡轮泵(1)的壳体底端面与涡轮泵安装座(3)的平台固定连接，涡轮泵安装座(3)上的气路通道的入口与氢气涡轮泵(1)的壳体底端面之间通过柔性石墨垫进行密封，涡轮泵安装座(3)上的低温低压油路通道与氢气涡轮泵(1)的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器(2)的第四法兰与涡轮泵安装座(3)的第一法兰固定连接，冷却器(2)的进油通道入口与涡轮泵安装座(3)高温低压油路通到的出口连通，冷却器(2)的出油通道出口与涡轮泵安装座(3)低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈进行密封；冷却器(2)的气路通道的入口与涡轮泵安装座(3)气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；冷却器(2)的第五法兰与冷却器耳座(4)的第三法兰固定连接；冷却器(2)的气路通道的出口与冷却器耳座(4)的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮泵安装座(3)的第二法兰与伺服机构作动器(5)固定连接，涡轮泵安装座(3)的高温低压油路通道的入口与作动器(5)的低压油路通道连通，涡轮泵安装座(3)的低温高压油路通道的出口与作动器(5)的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封；所述的伺服机构B包括油箱、蓄能器、电机、油泵和作动器B；其中作动器B中的伺服阀采用三余度伺服阀，作动器B中的电位计采用三余度反馈电位计；所述的作动器B的左端与油箱的右端固定连接，油箱的左端与蓄能器的右端固定连接，油泵的右端与电机的左端固定连接，电机的下端面与蓄能器的右端上端面固定连接；油泵的吸油口、油泵泄油口与油箱通过油管连接；油泵高压出油口与作动器通过油管连接；伺服机构A的作动器上有一个高压油口和一个低压油口，伺服机构B的作动器上有两个高压油口和两个低压油口，伺服机构A作动器的高压油口与伺服机构B作动器的其中一个高压油口通过高压油管连接，伺服机构A作动器的低压油口与伺服机构B作动器的其中一个低压油口通过低压油管连接；伺服机构B的另一个高压油口与伺服机构D作动器的其中一个高压油口通过高压油管连接；伺服机构B的另一个低压油口与伺服机构D作动器的其中一个低压油口通过低压油管连接；伺服机构C作动器的高压油口与伺服机构D作动器的另一个高压油口通过高压油管连接，伺服机构C作动器的低压油口与伺服机构D作动器的另一个低压油口通过低压油管连接；伺服控制器与伺服机构A的作动器、伺服机构B的作动器、伺服机构C的作动器、伺服机构D的作动器分别通过电缆连接。...

【技术特征摘要】
1.采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统，其特征在于：该伺服系统包括一台伺服控制器、伺服机构A、伺服机构B、伺服机构C和伺服机构D；所述的伺服机构C与伺服机构A相同；所述的伺服机构D与伺服机构B相同；所述的伺服控制器为三余度数字伺服控制器；所述的伺服机构A包括氢气涡轮泵(1)、冷却器(2)、涡轮泵安装座(3)、冷却器耳座(4)和伺服机构作动器A(5)；其中作动器A(5)中的伺服阀采用三余度伺服阀，作动器A(5)中的电位计采用三余度反馈电位计；所述的氢气涡轮泵(1)包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；所述的涡轮泵安装座(3)为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，涡轮泵安装座(3)上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于涡轮泵安装座(3)圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于涡轮泵安装座(3)圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；氢气涡轮泵(1)的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵(1)的壳体底端面与涡轮泵安装座(3)的平台固定连接；氢气涡轮泵(1)的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；所述的冷却器耳座(4)为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座(4)的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口；氢气涡轮泵(1)的壳体底端面与涡轮泵安装座(3)的平台固定连接，涡轮泵安装座(3)上的气路通道的入口与氢气涡轮泵(1)的壳体底端面之间通过柔性石墨垫进行密封，涡轮泵安装座(3)上的低温低压油路通道与氢气涡轮泵(1)的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器(2)的第四法兰与涡轮泵安装座(3)的第一法兰固定连接，冷却器(2)的进油通道入口与涡轮泵安装座(3)高温低压油路通到的出口连通，冷却器(2)的出油通道出口与涡轮泵安装座(3)低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈进行密封；冷却器(2)的气路通道的入口与涡轮泵安装座(3)气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；冷却器(2)的第五法兰与冷却器耳座(4)的第三法兰固定连接；冷却器(2)的气路通道的出口与冷却器耳座(4)的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮泵安装座(3)的第二法兰与伺服机构作动器(5)固定连接，涡轮泵安装座(3)的高温低压油路通道的入口与作动器(5)的低压油路通道连通，涡轮泵安装座(3)的低温高压油路通道的出口与作动器(5)的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封；所述的伺服机构B包括油箱、蓄能器、电机、油泵和作动器B；其中作动器B中的伺服阀采用三余度伺服阀，作动器B中的电位计采用三余度反馈电位计；所述的作动器B的左端与油箱的右端固定连接，油箱的左端与蓄能器的右端固定连接，油泵的右端与电机的左端固定连接，电机的下端面与蓄能器的右端上端面固定连接；油泵的吸油口、油泵泄油口与油箱通过油管连接；油泵高压出油口与作动器通过油管连接；伺服机构A的作动器上有一个高压油口和一个低压油口，伺服机构B的作动器上有两个高压油口和两个低压油口，伺服机构A作动器的高压油口与伺服机构B作动器的其中一个高压油口通过高压油管连接，伺服机构A作动器的低压油口与伺服机构B作动器的其中一个低压油口通过低压油管连接；伺服机构B的另一个高压油口与伺服机构D作动器的其中一个高压油口通过高压油管连接；伺服机构B的另一个低压油口与伺服机构D作动器的其中一个低压油口通过低压油管连接；伺服机构C作动器的高压油口与伺服机构D作动器的另一个高压油口通过高压油管连接，伺服机构C作动器的低压油口与伺服机构D作动器的另一个低压油口通过低压油管连接；伺服控制器与伺服机构A的作动器、伺服机构B的作动器、伺服机构C的作动器、伺服机构D的作动器分别通过电缆连接。2.根据权利要求1所述的采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统，其特征在于：所述的冷却器包括不锈钢壳体(21)、前端板(22)、折流板(23)、管束(24)、后端板(25)和支撑杆(26)；所述的不锈钢壳体(21)为中空圆柱，其一端带有第四法兰(211)，另一端带有第五法兰(212)，在不锈钢壳体(21)的侧壁上有加强筋(213)，加强筋(213)内部带有进油通道(2131)和出油通道(2132)，进油通道(2131)的入口在第四法兰(211)上，出油通道(2132)的出口在第四法兰(211)...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾广商，张晓莎，张文海，景光辉，秦向明，刘俊琴，张淑敏，陈祖希，郭薇妮，赵守军，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11