一种多级缸结构的浮力调节装置及其精度分析

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210347

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2021, Vol. 49 ›› Issue (9): 120-125.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210347

所属专题： 2021年流体动力与机电控制工程

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一种多级缸结构的浮力调节装置及其精度分析

宋满存李国强朱熠田冠枝张令程王智慧

北京精密机电控制设备研究所北京 100076∥航天伺服驱动与传动技术实验室，北京 100076

收稿日期:2021-05-27 修回日期:2021-08-04 出版日期:2021-09-25 发布日期:2021-09-01
通信作者: 宋满存（1986-），男，博士生，高级工程师，主要从事伺服技术与水下动力技术研究。 E-mail:songmcld@163.com
作者简介:宋满存（1986-），男，博士生，高级工程师，主要从事伺服技术与水下动力技术研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目（U1737202）

Design and Precision Analysis of Buoyancy-Regulating Device with Multicylinder Structure

SONG Mancun LI Guoqiang ZHU Yi TIAN Guanzhi ZHANG Lingcheng WANG Zhihui

Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls，Beijing 100076，China∥Laboratory of Aerospace Servo Actuation
and Transmission，Beijing 100076，China

Received:2021-05-27 Revised:2021-08-04 Online:2021-09-25 Published:2021-09-01
Contact: 宋满存（1986-），男，博士生，高级工程师，主要从事伺服技术与水下动力技术研究。 E-mail:songmcld@163.com
About author:宋满存（1986-），男，博士生，高级工程师，主要从事伺服技术与水下动力技术研究。
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China (U1737202)

摘要/Abstract

摘要： 浮力调节装置可用于无人潜航器的浮力控制，使其节能地实现上浮、下潜或悬停等功能。文中基于5级缸结构设计了一款大容积高精度的液压油容积式浮力调节装置，通过位移传感器监控活塞位置并对多级缸伸缩特性进行假设，得到了浮力分段解算方法和最大可能误差范围；通过样机研制与试验，验证了多级缸在磨合后趋于伸缩特性假设的事实，同时对浮力分段解算方法进行了优化拟合，大幅提高了该浮力调节装置的精度。试验证明，文中样机可以满足0~80L浮力连续可调、1L最小调节步长、综合调节精度不低于0.5%FS的指标要求。

关键词: 浮力调节装置, 水下潜航器, 无人系统, 多级缸, 精度

Abstract: Buoyancy regulating device can be used in unmanned underwater vehicles to realize the energy-saving rising，diving or suspending in the water.In this study，a buoyancy-regulating device with lager volume and high precision was designed with a five-cylinder structure.Firstly，the piston position was monitored by a displacement sensor and the telescopic characteristics of the multicylinder were assumed，so that the piecewise method of buo-yancy and the maximum possible error range were obtained.Then，based on the design and experiments of the prototype，the fact that the multicylinder tends to retain the characteristics after running was verified.Meanwhile，the piecewise method of buoyancy calculation was optimized to improve precision ability largely.Experimental results show that the prototype can meet the requirements of the continuous buoyancy regulating of 0~80L，the minimum regulating step of 1L，and the comprehensive precision of no less than 0.5%FS.

Key words: buoyancy-regulating device, unmanned underwater vehicle, unmanned system, multicylinder, precision

中图分类号:

TH137

宋满存, 李国强, 朱熠, 等. 一种多级缸结构的浮力调节装置及其精度分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(9): 120-125.

SONG Mancun, LI Guoqiang, ZHU Yi, et al. Design and Precision Analysis of Buoyancy-Regulating Device with Multicylinder Structure[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2021, 49(9): 120-125.

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