Проектная система электромеханического привода электрогидравлического усилителя мощности
Ключевые слова:
проектная система, следящий гидропривод, электрогидравлический усилитель мощности, электромеханический привод, радиально-тангенциальная система возбуждения, метод покоординатного спуска
Аннотация
Испытания на стойкость к механическим воздействиям определяют надежность и срок службы выпускаемых изделий наземного, морского и воздушного базирования, космической техники и техники специального назначения. Наиболее сложными являются испытания для устройств, имеющих большую массу и габариты. Эффективным испытательным оборудованием в этих случаях могут быть мощные следящие гидроприводы, способные создавать ударные и вибрационные нагрузки, имитирующие условия транспортировки и эксплуатации. Основу следящих гидроприводов составляют электрогидравлические усилители мощности, сочетающие в себе электромеханический привод и золотниковый распределитель. За счет открытия и закрытия гидравлических каналов осуществляется пропорциональное механическое воздействие на рабочий орган следящего гидропривода. Статья посвящена разработке комплекса программных средств по проектированию электромеханического привода. Приводится описание реализующей эту задачу проектной системы, состоящей из подсистем синтеза и анализа. Подсистема синтеза рассчитывает оптимальную геометрию электромеханического привода для различных проектных ситуаций, взятых из реальной практики проектирования. Подсистема анализа с помощью Ansys Electronics Desktop оценивает электромагнитное состояние электромеханического привода перед принятием решения об изготовлении опытного образца. Работа актуальна в рамках импортозамещения изделий, попавших под международные санкции.
Литература
1. Ардашев Д.В., Жуков А.С. Технологические особенности изготовления высокоточной золотниковой пары. – Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение, 2024, т. 24, № 3, с. 38–52.
2. Ardashev D.V., Zhukov A.S. Technological Features of Manufacturing a High Precision Spool Pair. – 10th International Conference on Industrial Engineering, 2024, pp. 555–568, DOI: 10.1007/ 978-3-031-65870-9_51.
3. Korobatov D.V. et al. Requirements Definition, Modeling, and Simulation of Control Units of an Electrohydraulic Power Amplifier. – Advances in Science and Technology, 2024, vol. 148, pp. 179–186, DOI: 10.4028/p-c1JZF9.
4. LSVG & LSVHG High Speed Linear Servo Valves [Электрон. ресурс], URL: https://yuken-usa.com/pdf/special/Yuken_LSVG.pdf (дата обращения 22.12.2024).
5. Wu S. et al. Development of a Direct-Drive Servo Valve with High-Frequency Voice Coil Motor and Advanced Digital Controller. – IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2014, vol. 19, No. 3, pp. 932–942, DOI: 10.1109/TMECH.2013.2264218.
6. Encica L. et al. Space Mapping Optimization of a Cylindrical Voice Coil Actuator. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 6, pp. 1437–1444, DOI: 10.1109/TIA.2006.882672.
7. Пат. RU 222690 U1. Электромеханический преобразователь электрогидравлического усилителя / В.В. Бодров и др., 2023.
8. Pat. US 20060091733 A1. High Efficiency Voice Coil Motor / M.B. Ninnard, J.-M. Gery, A.J. Hazelton, 2008.
9. Геча В.Я., Аронзон А.Н., Канунникова Е.А. Динамика трехкомпонентного привода солнечных батарей с упругими элементами. – Электротехника, 2003, № 2, с. 7–12.
10. Лифанов В.А. Расчет электрических машин малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010, 164 с.
11. Харламов В.В., Москалев Ю.В., Серкова Л.Е. Анализ схем размещения постоянных магнитов на роторе четырехполюсной электрической машины. – Динамика систем, механизмов и машин, 2019, т. 7, № 2, с. 73–79.
12. Karnavas Y., Chasiotis I., Peponakis E. Permanent Magnet Synchronous Motor Design Using Grey Wolf Optimizer Algorithm. – International Journal of Electrical and Computer Engineering, 2016, vol. 6, No. 3, pp. 1353–1362, DOI: 10.11591/ijece.v6i3.pp1353-1362.
13. Bjork R., Smith A., Bahl C.R.H. Analysis of the Magnetic Field, Force, and Torque for Two-Dimensional Halbach Cylinders. – Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, vol. 322, No. 1, pp. 133–141, 10.1016/j.jmmm.2009.08.044.
14. Dyck D., Lowther D. Automated Design of Magnetic Devices by Optimizing Material Distribution. – IEEE Transactions on Magnetics, 1996, vol. 32, No. 3, pp. 1188–1193, DOI: 10.1109/20.497456.
15. Takahashi N., Yamada T., Miyagi D. Examination of Optimal Design of IPM Motor Using ON/OFF Method. – IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, No. 8, pp. 3149–3152, DOI: 10.1109/TMAG.2010.2044382.
16. Okamoto Y., Tominaga Y., Sato S. Topological Design for 3-D Optimization Using the Combination of Multistep Genetic Algorithm with Design Space Reduction and Nonconforming Mesh Connecti-on. – IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol. 48, No. 2, pp. 515–518, DOI: 10.1109/TMAG.2011.2173305.
17. Sato T. et al. Shape Optimization of Rotor in Interior Permanent Magnet Motor Based on Topology. – IEEJ Transactions on Industry Applications, 2015, vol. 135, No. 3, pp. 291–298, DOI: 10.1541/ieejias.135.291.
18. Ганджа С.А. и др. Разработка инженерной методики расчета магнитных систем с постоянными магнитами на основе метода конечных элементов. – Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2019, № 29, с. 58–74.
19. Ганджа С.А. Вентильные электрические машины с аксиальным магнитным потоком. Анализ, синтез, внедрение в производство: автореф. дис. … докт. техн. наук. Екатеринбург, 2012, 42 с.
20. Gandzha, S., Kosimov, B., Aminov, D. Application of the Ansys Electronics Desktop Software Package for Analysis of Claw-Pole Synchronous Motor. – Machines, 2019, vol. 7(4), DOI: 10.3390/machines7040065.
21. Простые формулы расчета индуктивности катушек [Электрон. ресурс], URL: https://coil32.net/ru/science/faq.html (дата обращения 22.12.2024).
---
Работа выполнялась при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства электрогидравлических усилителей мощности с электромеханическим преобразователем электродинамического типа с расширенным частотным диапазоном» по Соглашению № 075-11-2023-005 от 13.02.2023 г
#
1. Ardashev D.V., Zhukov A.S. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosu-darstvennogo universiteta. Seriya: Mashinostroenie – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Mechanical Engineering), 2024, vol. 24, No. 3, pp. 38–52.
2. Ardashev D.V., Zhukov A.S. Technological Features of Manufacturing a High Precision Spool Pair. – 10th International Conference on Industrial Engineering, 2024, pp. 555–568, DOI: 10.1007/978-3-031-65870-9_51.
3. Korobatov D.V. et al. Requirements Definition, Modeling, and Simulation of Control Units of an Electrohydraulic Power Amplifier. – Advances in Science and Technology, 2024, vol. 148, pp. 179–186, DOI: 10.4028/p-c1JZF9.
4. LSVG & LSVHG High Speed Linear Servo Valves [Electron. resource], URL: https://yuken-usa.com/pdf/special/Yuken_LSVG.pdf (Access on 22.12.2024).
5. Wu S. et al. Development of a Direct-Drive Servo Valve with High-Frequency Voice Coil Motor and Advanced Digital Controller. – IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2014, vol. 19, No. 3, pp. 932–942, DOI: 10.1109/TMECH.2013.2264218.
6. Encica L. et al. Space Mapping Optimization of a Cylindrical Voice Coil Actuator. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 6, pp. 1437–1444, DOI: 10.1109/TIA.2006.882672.
7. Pat. RU 222690 U1. Elektromehanicheskiy preobrazovatel’ elektrogidravlicheskogo usilitelya (Electromechanical Converter of an Electrohydraulic Amplifier) / V.V. Bodrov et al., 2023.
8. Pat. US 20060091733 A1. High Efficiency Voice Coil Motor / M.B. Ninnard, J.-M. Gery, A.J. Hazelton, 2008.
9. Gecha V.Ya., Aronzon A.N., Kanunnikova E.A. Elektrotehni-ka – in Russ. (Electrical Engineering), 2003, No. 2, pp. 7–12.
10. Lifanov V.A. Raschet elektricheskih mashin maloy moshchnosti s vozbuzhdeniem ot postoyannyh magnitov (Calculation of Low-Power Electric Machines with Permanent Magnet Excitation). Chelyabinsk: Izdatel’skiy tsentr YuUrGU, 2010, 164 p.
11 Harlamov V.V., Moskalev Yu.V., Serkova L.E. Dinamika sistem, mehanizmov i mashin – in Russ. (Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines), 2019, vol. 7, No. 2, pp. 73–79.
12. Karnavas Y., Chasiotis I., Peponakis E. Permanent Magnet Synchronous Motor Design Using Grey Wolf Optimizer Algorithm. – International Journal of Electrical and Computer Engineering, 2016, vol. 6, No. 3, pp. 1353–1362, DOI: 10.11591/ijece.v6i3.pp1353-1362.
13. Bjork R., Smith A., Bahl C.R.H. Analysis of the Magnetic Field, Force, and Torque for Two-Dimensional Halbach Cylinders. – Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, vol. 322, No. 1, pp. 133–141, 10.1016/j.jmmm.2009.08.044.
14. Dyck D., Lowther D. Automated Design of Magnetic Devices by Optimizing Material Distribution. – IEEE Transactions on Magnetics, 1996, vol. 32, No. 3, pp. 1188–1193, DOI: 10.1109/20.497456.
15. Takahashi N., Yamada T., Miyagi D. Examination of Optimal Design of IPM Motor Using ON/OFF Method. – IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, No. 8, pp. 3149–3152, DOI: 10.1109/TMAG.2010.2044382.
16. Okamoto Y., Tominaga Y., Sato S. Topological Design for 3-D Optimization Using the Combination of Multistep Genetic Algorithm with Design Space Reduction and Nonconforming Mesh Connection. – IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol. 48, No. 2, pp. 515–518, DOI: 10.1109/TMAG.2011.2173305.
17. Sato T. et al. Shape Optimization of Rotor in Interior Permanent Magnet Motor Based on Topology. – IEEJ Transactions on Industry Applications, 2015, vol. 135, No. 3, pp. 291–298, DOI: 10.1541/ieejias.135.291.
18. Gandzha S.A. et al. Vestnik PNIPU. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of PNRPU. Electrical Engineering, Information Technology, Control Systems), 2019, No. 29, pp. 58–74.
19. Gandzha S.A. Ventil'nye elektricheskie mashiny s aksial'nym magnitnym potokom. Analiz, sintez, vnedrenie v proizvodstvo: avtoref. dis. … dokt. tekhn. nauk (Valve Electric Machines with Axial Magnetic Flux. Analysis, Synthesis, Introduction into Production: Abstract. Dis. ... Dr. Sci. (Eng.)). Ekaterinburg, 2012, 42 p.
20. Gandzha, S., Kosimov, B., Aminov, D. Application of the Ansys Electronics Desktop Software Package for Analysis of Claw-Pole Synchronous Motor. – Machines, 2019, vol. 7(4), DOI: 10.3390/machines7040065.
21. Prostye formuly rascheta induktivnosti katushek (Simple Formulas for Calculating the Inductance of Coils) [Electron. resource], URL: https://coil32.net/ru/science/faq.html (Access on 22.12.2024)
---
The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as part of the integrated project "Development of High-Tech Production of Electrohydraulic Power Amplifiers with an Electromechanical Electrodynamic Converter with an Extended Frequency Range" under Agreement No. 075-11-2023-005 of February 13,2023
2. Ardashev D.V., Zhukov A.S. Technological Features of Manufacturing a High Precision Spool Pair. – 10th International Conference on Industrial Engineering, 2024, pp. 555–568, DOI: 10.1007/ 978-3-031-65870-9_51.
3. Korobatov D.V. et al. Requirements Definition, Modeling, and Simulation of Control Units of an Electrohydraulic Power Amplifier. – Advances in Science and Technology, 2024, vol. 148, pp. 179–186, DOI: 10.4028/p-c1JZF9.
4. LSVG & LSVHG High Speed Linear Servo Valves [Электрон. ресурс], URL: https://yuken-usa.com/pdf/special/Yuken_LSVG.pdf (дата обращения 22.12.2024).
5. Wu S. et al. Development of a Direct-Drive Servo Valve with High-Frequency Voice Coil Motor and Advanced Digital Controller. – IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2014, vol. 19, No. 3, pp. 932–942, DOI: 10.1109/TMECH.2013.2264218.
6. Encica L. et al. Space Mapping Optimization of a Cylindrical Voice Coil Actuator. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 6, pp. 1437–1444, DOI: 10.1109/TIA.2006.882672.
7. Пат. RU 222690 U1. Электромеханический преобразователь электрогидравлического усилителя / В.В. Бодров и др., 2023.
8. Pat. US 20060091733 A1. High Efficiency Voice Coil Motor / M.B. Ninnard, J.-M. Gery, A.J. Hazelton, 2008.
9. Геча В.Я., Аронзон А.Н., Канунникова Е.А. Динамика трехкомпонентного привода солнечных батарей с упругими элементами. – Электротехника, 2003, № 2, с. 7–12.
10. Лифанов В.А. Расчет электрических машин малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010, 164 с.
11. Харламов В.В., Москалев Ю.В., Серкова Л.Е. Анализ схем размещения постоянных магнитов на роторе четырехполюсной электрической машины. – Динамика систем, механизмов и машин, 2019, т. 7, № 2, с. 73–79.
12. Karnavas Y., Chasiotis I., Peponakis E. Permanent Magnet Synchronous Motor Design Using Grey Wolf Optimizer Algorithm. – International Journal of Electrical and Computer Engineering, 2016, vol. 6, No. 3, pp. 1353–1362, DOI: 10.11591/ijece.v6i3.pp1353-1362.
13. Bjork R., Smith A., Bahl C.R.H. Analysis of the Magnetic Field, Force, and Torque for Two-Dimensional Halbach Cylinders. – Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, vol. 322, No. 1, pp. 133–141, 10.1016/j.jmmm.2009.08.044.
14. Dyck D., Lowther D. Automated Design of Magnetic Devices by Optimizing Material Distribution. – IEEE Transactions on Magnetics, 1996, vol. 32, No. 3, pp. 1188–1193, DOI: 10.1109/20.497456.
15. Takahashi N., Yamada T., Miyagi D. Examination of Optimal Design of IPM Motor Using ON/OFF Method. – IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, No. 8, pp. 3149–3152, DOI: 10.1109/TMAG.2010.2044382.
16. Okamoto Y., Tominaga Y., Sato S. Topological Design for 3-D Optimization Using the Combination of Multistep Genetic Algorithm with Design Space Reduction and Nonconforming Mesh Connecti-on. – IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol. 48, No. 2, pp. 515–518, DOI: 10.1109/TMAG.2011.2173305.
17. Sato T. et al. Shape Optimization of Rotor in Interior Permanent Magnet Motor Based on Topology. – IEEJ Transactions on Industry Applications, 2015, vol. 135, No. 3, pp. 291–298, DOI: 10.1541/ieejias.135.291.
18. Ганджа С.А. и др. Разработка инженерной методики расчета магнитных систем с постоянными магнитами на основе метода конечных элементов. – Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2019, № 29, с. 58–74.
19. Ганджа С.А. Вентильные электрические машины с аксиальным магнитным потоком. Анализ, синтез, внедрение в производство: автореф. дис. … докт. техн. наук. Екатеринбург, 2012, 42 с.
20. Gandzha, S., Kosimov, B., Aminov, D. Application of the Ansys Electronics Desktop Software Package for Analysis of Claw-Pole Synchronous Motor. – Machines, 2019, vol. 7(4), DOI: 10.3390/machines7040065.
21. Простые формулы расчета индуктивности катушек [Электрон. ресурс], URL: https://coil32.net/ru/science/faq.html (дата обращения 22.12.2024).
---
Работа выполнялась при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства электрогидравлических усилителей мощности с электромеханическим преобразователем электродинамического типа с расширенным частотным диапазоном» по Соглашению № 075-11-2023-005 от 13.02.2023 г
#
1. Ardashev D.V., Zhukov A.S. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosu-darstvennogo universiteta. Seriya: Mashinostroenie – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Mechanical Engineering), 2024, vol. 24, No. 3, pp. 38–52.
2. Ardashev D.V., Zhukov A.S. Technological Features of Manufacturing a High Precision Spool Pair. – 10th International Conference on Industrial Engineering, 2024, pp. 555–568, DOI: 10.1007/978-3-031-65870-9_51.
3. Korobatov D.V. et al. Requirements Definition, Modeling, and Simulation of Control Units of an Electrohydraulic Power Amplifier. – Advances in Science and Technology, 2024, vol. 148, pp. 179–186, DOI: 10.4028/p-c1JZF9.
4. LSVG & LSVHG High Speed Linear Servo Valves [Electron. resource], URL: https://yuken-usa.com/pdf/special/Yuken_LSVG.pdf (Access on 22.12.2024).
5. Wu S. et al. Development of a Direct-Drive Servo Valve with High-Frequency Voice Coil Motor and Advanced Digital Controller. – IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2014, vol. 19, No. 3, pp. 932–942, DOI: 10.1109/TMECH.2013.2264218.
6. Encica L. et al. Space Mapping Optimization of a Cylindrical Voice Coil Actuator. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 6, pp. 1437–1444, DOI: 10.1109/TIA.2006.882672.
7. Pat. RU 222690 U1. Elektromehanicheskiy preobrazovatel’ elektrogidravlicheskogo usilitelya (Electromechanical Converter of an Electrohydraulic Amplifier) / V.V. Bodrov et al., 2023.
8. Pat. US 20060091733 A1. High Efficiency Voice Coil Motor / M.B. Ninnard, J.-M. Gery, A.J. Hazelton, 2008.
9. Gecha V.Ya., Aronzon A.N., Kanunnikova E.A. Elektrotehni-ka – in Russ. (Electrical Engineering), 2003, No. 2, pp. 7–12.
10. Lifanov V.A. Raschet elektricheskih mashin maloy moshchnosti s vozbuzhdeniem ot postoyannyh magnitov (Calculation of Low-Power Electric Machines with Permanent Magnet Excitation). Chelyabinsk: Izdatel’skiy tsentr YuUrGU, 2010, 164 p.
11 Harlamov V.V., Moskalev Yu.V., Serkova L.E. Dinamika sistem, mehanizmov i mashin – in Russ. (Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines), 2019, vol. 7, No. 2, pp. 73–79.
12. Karnavas Y., Chasiotis I., Peponakis E. Permanent Magnet Synchronous Motor Design Using Grey Wolf Optimizer Algorithm. – International Journal of Electrical and Computer Engineering, 2016, vol. 6, No. 3, pp. 1353–1362, DOI: 10.11591/ijece.v6i3.pp1353-1362.
13. Bjork R., Smith A., Bahl C.R.H. Analysis of the Magnetic Field, Force, and Torque for Two-Dimensional Halbach Cylinders. – Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, vol. 322, No. 1, pp. 133–141, 10.1016/j.jmmm.2009.08.044.
14. Dyck D., Lowther D. Automated Design of Magnetic Devices by Optimizing Material Distribution. – IEEE Transactions on Magnetics, 1996, vol. 32, No. 3, pp. 1188–1193, DOI: 10.1109/20.497456.
15. Takahashi N., Yamada T., Miyagi D. Examination of Optimal Design of IPM Motor Using ON/OFF Method. – IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, No. 8, pp. 3149–3152, DOI: 10.1109/TMAG.2010.2044382.
16. Okamoto Y., Tominaga Y., Sato S. Topological Design for 3-D Optimization Using the Combination of Multistep Genetic Algorithm with Design Space Reduction and Nonconforming Mesh Connection. – IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol. 48, No. 2, pp. 515–518, DOI: 10.1109/TMAG.2011.2173305.
17. Sato T. et al. Shape Optimization of Rotor in Interior Permanent Magnet Motor Based on Topology. – IEEJ Transactions on Industry Applications, 2015, vol. 135, No. 3, pp. 291–298, DOI: 10.1541/ieejias.135.291.
18. Gandzha S.A. et al. Vestnik PNIPU. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of PNRPU. Electrical Engineering, Information Technology, Control Systems), 2019, No. 29, pp. 58–74.
19. Gandzha S.A. Ventil'nye elektricheskie mashiny s aksial'nym magnitnym potokom. Analiz, sintez, vnedrenie v proizvodstvo: avtoref. dis. … dokt. tekhn. nauk (Valve Electric Machines with Axial Magnetic Flux. Analysis, Synthesis, Introduction into Production: Abstract. Dis. ... Dr. Sci. (Eng.)). Ekaterinburg, 2012, 42 p.
20. Gandzha, S., Kosimov, B., Aminov, D. Application of the Ansys Electronics Desktop Software Package for Analysis of Claw-Pole Synchronous Motor. – Machines, 2019, vol. 7(4), DOI: 10.3390/machines7040065.
21. Prostye formuly rascheta induktivnosti katushek (Simple Formulas for Calculating the Inductance of Coils) [Electron. resource], URL: https://coil32.net/ru/science/faq.html (Access on 22.12.2024)
---
The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as part of the integrated project "Development of High-Tech Production of Electrohydraulic Power Amplifiers with an Electromechanical Electrodynamic Converter with an Extended Frequency Range" under Agreement No. 075-11-2023-005 of February 13,2023
