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《大连理工大学》 2011年
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精密电液伺服阀几何因素与性能指标映射关系研究

马建伟  
【摘要】:鉴于电液伺服系统特有的优点,飞行器的控制系统多采用电液伺服系统实现。作为电液伺服系统中的关键部件,电液伺服阀很大程度上决定了电液伺服系统的性能和航天器飞行任务的成败。航空航天用精密电液伺服阀结构复杂、精密度高,且应用环境恶劣,属于高技术产品。由于受到零、组件加工、装配过程中多种几何因素的影响,精密电液伺服阀的性能指标控制难度较大,直接导致产品合格率低、返修率较高,同时造成极大的资源浪费。精密电液伺服阀的生产能力低已经成为制约我国航空航天事业发展的重要因素之一。因此,如何提高精密电液伺服阀产品合格率及生产效率,避免大量的返修工作,成为相关制造企业面临的一个亟待解决的难题。 以多项高性能指标为制造要求的精密电液伺服阀产品,采用不断提高零、组件加工精度和装配精度,以及精度稳定性的方法,是保证和提高精密电液伺服阀产品合格率的有效途径。但是,鉴于现有生产条件下,加工装备及技术水平的局限性,这种方式将使生产成本以指数倍增加,不切实际。因此,探讨利用现代计算分析方法优化制造要求、提高精密电液伺服阀合格率及生产效率的有效途径,对工业生产具有重要意义。 以航空制导系统中关键部件——精密电液伺服阀为例,首先分析了国内外电液伺服阀相关技术及复杂系统数据关联分析及人工智能建模方法的研究现状,在研究确定精密电液伺服阀多几何因素对性能指标影响的主次关系的基础上,对性能指标预测方法、影响多项性能指标的几何因素区间估计方法进行了深入的研究,最终开发了精密电液伺服阀综合分析系统,研究成果对优化精密电液伺服阀制造要求,提高产品合格率及生产效率具有重要意义。具体研究工作包括以下几点: (1)研究了精密电液伺服阀多几何因素对各性能指标影响的主次关系。采用灰关联分析方法,对实际测试数据进行灰关联分析以确定影响精密电液伺服阀各性能指标的主要因素和次要因素,结合粗糙决策方法,建立影响精密电液伺服阀各性能指标的多几何因素特征提取模型,实现通过合理控制影响精密电液伺服阀性能指标的几何因素来控制性能指标的目的,同时解决了直接建立精密电液伺服阀性能指标数学模型因输入变量多而不切实际的难题。利用所确定的主要几何因素建立各性能指标预测模型,降低输入空间维数,简化建模过程,提高建模精度。为全文的研究奠定了基础。 (2)合理控制影响精密电液伺服阀性能指标的几何因素,装配后精密电液伺服阀产品不合格的情况仍会发生。鉴于传统系统建模方法对于复杂系统建模的局限性,基于数据挖掘提取的有效信息及精密电液伺服阀多几何因素与性能指标之间的关联模型,采用神经网络、支持向量机及模糊推理技术等人工智能算法探索研究了精密电液伺服阀性能指标预测方法,建立了精密电液伺服阀多几何因素与性能指标之间的数学模型,实现了对精密电液伺服阀性能指标的精确预测。通过进行数值模拟和仿真,进一步改进性能指标预测模型及算法,结合现代数值分析方法对实测结果与预测值进行分析比较,结果验证了所建立算法的有效性。通过分析预测结果,直接确定精密电液伺服阀产品是否合格,实现零、组件选配,剔除不合格组件,避免了反复装卸、检测工作,有效提高生产效率。 (3)对于返修件,研究确定影响精密电液伺服阀性能指标的多几何因素区间范围值,将使零、组件返修具有针对性;另外,对于特定性能指标要求的精密电液伺服阀产品,可以确定零、组件几何因素值的设计范围。研究成果将为产品设计者、制造者提供理论与技术支持。基于数据挖掘提取有效信息,结合逆向工程思想,采用合理的优化设计方法及智能算法,建立了精密电液伺服阀多性能指标与几何因素之间的区间估计模型,实现精密电液伺服阀几何因素的区间估计。利用所建立的区间估计模型,可获得多几何因素合理区间值。 (4)生产精密电液伺服阀产品牵涉企业设计、制造、质检等多个部门,研究开发精密电液伺服阀综合分析系统,从而促进多部门之间的协调能力,实现产品信息的快速交换,是提高精密电液伺服阀产品生产效率的重要途径。基于以上研究成果,采用SQL建立精密电液伺服阀产品信息数据库,利用MATLAB实现数据计算及仿真,通过VC实现可视化操作,研究SQL、MATLAB及VC三者之间的接口技术,开发出精密电液伺服阀综合分析系统平台,为精密电液伺服阀多几何因素对性能指标影响的主次关系、性能指标预测及几何因素区间估计提供可靠的测试手段,为提高精密电液伺服阀产品成品率提供一种新手段,同时对推动现代建模方法在工程技术领域的应用和发展起到重要作用。 本文关于精密电液伺服阀几何因素与性能指标映射关系的研究,包括:影响性能指标的主次因素分析、性能指标预测方法及零、组件几何因素区间估计方法等已经在航空制导系统中构成电液伺服作动器的关键部件——精密电液伺服阀上进行了初步应用。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH137.52

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