某舵机负载模拟系统关键技术研究

发布时间：2017-10-18 07:21

  本文关键词：某舵机负载模拟系统关键技术研究

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【摘要】：舵机作为航行控制系统的关键部件,在船舶、飞机和导弹等领域应用极为广泛。本文研究的舵机便是针对制导导弹设计的,其原理是按照控制指令信号驱动舵面偏转,从而实现飞行姿势和轨迹的控制。因此舵机系统性能的好坏直接影响导弹击中目标的精密度、可靠性以及稳定性。因此,对导弹舵机的各种性能指标参数的测试是非常重要的,为了准确测得舵机的性能参数,需要在有限的条件下对舵机进行负载模拟,本文就是在此环境下选题的。由于本文的测试要求需结构简单、精确度高,所以设计了一套机械式的负载模拟器,由于传统的机械式负载模拟器体积庞大,而且不能实现任意力的加载,所以本文对机械结构进行了优化实现了精确度高的指标,还弥补了机械式负载模拟器加载任意力的缺点。本文针对负载模拟器设计中的一些关键技术进行了研究,主要内容如下:首先,本文对现已有的负载模拟器进行了大量的考察和研究,针对本课题要测试的舵机指标提出了一套完整的设计方案,包括系统的结构布局,系统的硬件组成等。在系统的机械机构设计方面,本文针对每一个可能对舵机性能测试造成影响的因素进行了详细的尺寸和结构设计,并对其中的关键部件进行了ANSYS静力学分析和整体的模态分析,完成了整个系统的基础设计部分。其次,对负载模拟系统和舵机系统进行数学模型的建立,通过Simulink仿真分析了影响系统性能的因素,在系统设计中加以优化。最后,在所设计的自负载模拟测试系统上对舵机的各种特性进行了测试实验,并对测试结果进行了分析。在本文的末尾总结了本课题的研究内容,介绍了本课题的研究成果,提出了今后还应改进的问题,并对未来进行了展望。
【关键词】：舵机 负载模拟器 测试系统 数学模型 结构设计
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 舵机负载模拟系统概述10-13
• 1.2.1 负载模拟器分类11-12
• 1.2.2 控制器件12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国外负载模拟器研究现状13-14
• 1.3.2 国内负载模拟器研究现状14-15
• 1.4 论文的主要内容15-16
• 2 负载模拟系统总体设计16-24
• 2.1 前言16
• 2.2 技术指标要求16-17
• 2.3 加载部分方案设计原理17-18
• 2.4 系统总体设计方案18-23
• 2.4.1 系统组成19-20
• 2.4.2 加载系统结构设计方案20-21
• 2.4.3 加载系统台体设计方案21-23
• 2.4.4 系统实现功能23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 系统结构设计及有限元分析24-44
• 3.1 引言24
• 3.2 传动轴的结构设计24-28
• 3.2.1 材料选取24-25
• 3.2.2 估算轴的基本直径25-26
• 3.2.3 轴的结构及定位设计26
• 3.2.4 轴的强度校核计算26-28
• 3.3 联轴器结构设计28-32
• 3.3.1 联轴器的类型选择28-29
• 3.3.2 联轴器的改进设计29-32
• 3.4 加载支架结构设计32-35
• 3.4.1 独立支架方案设计32-34
• 3.4.2 整体支架方案设计34-35
• 3.5 扭簧结构设计35-39
• 3.5.1 扭簧材料选择35-36
• 3.5.2 扭簧设计方案分析36-38
• 3.5.3 扭簧设计与计算38-39
• 3.6 其他零部件设计39-40
• 3.7 关键零部件的有限元分析40-43
• 3.7.1 有限元分析简介40
• 3.7.2 安装支架应力分析40-41
• 3.7.3 扭簧应力分析41
• 3.7.4 扭矩传感器应力分析41-42
• 3.7.5 系统连接体模态分析42-43
• 3.8 本章小结43-44
• 4 运动模型建立及分析44-61
• 4.1 引言44
• 4.2 舵机的数学模型44-51
• 4.2.1 驱动电机建模44-48
• 4.2.2 内部角度采集传感器建模48-49
• 4.2.3 内部减速器建模49
• 4.2.4 内部驱动器建模49-51
• 4.3 扭矩传感器建模51-52
• 4.4 扭簧建模52
• 4.5 惯量建模52-54
• 4.6 运动控制模型分析54-60
• 4.6.1 Simulink简介54-55
• 4.6.2 空载情况下舵机特性分析55-56
• 4.6.3 负载情况下舵机特性分析56-59
• 4.6.4 转动惯量对系统特性的影响59
• 4.6.5 扭矩传感器刚度对系统特性的影响59-60
• 4.7 本章小结60-61
• 5 负载模拟系统测试功能实现61-73
• 5.1 引言61
• 5.2 电气部分实现61-65
• 5.2.1 舵机供电系统设计61-62
• 5.2.2 电控组合箱设计62-63
• 5.2.3 信号调理箱设计63-64
• 5.2.4 系统抗干扰设计64-65
• 5.3 软件部分实现65-72
• 5.3.1 软件实现功能66
• 5.3.2 系统软件结构组成66-67
• 5.3.3 系统软件模块设计67-72
• 5.4 本章小结72-73
• 6 测试实验及结果分析73-81
• 6.1 实验方法及流程73-74
• 6.2 实验结果分析74-80
• 6.3 本章小结80-81
• 7 总结和展望81-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果88-89
• 致谢89-90

【参考文献】

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本文编号：1053687