电动负载模拟器动态特性研究

发布时间：2020-10-25 05:59

　　 负载模拟器是能在室内环境下模拟飞行器舵机所受到的负载力矩,并测试舵机性能的半实物仿真设备。电动负载模拟器具有加载精度高、惯性小、响应快、易操作等优点,被广泛的应用于武器制导、科研实验、航空航天等领域。但由于加工精度、润滑条件、安装精度等条件的制约,电动负载模拟器的刚度、惯量、间隙、摩擦因素都会影响系统的加载性能。随着机械结构向着轻量化发展,在运动过程中零件更容易发生弹性形变,而零件的弹性形变也会直接影响整个系统的加载性能。因此,了解电动负载模拟器结构的动态特性,研究刚度、惯量、间隙、摩擦对系统动态特性的影响,并选用合适的方法来改善这些因素对系统的影响是十分重要的。论文建立了电动负载模拟器扭矩加载系统的3D模型,通过有限元的方法对系统进行了模态分析,分析了前六阶的模态频率和振型,获得扭矩加载系统中变形量最大的部分,即系统在响应过程中最薄弱的环节。根据系统的工作原理和非线性因数特点,建立了包含刚度、惯量、摩擦、间隙的完整性数学模型,深入研究了这四个因素对系统加载性能的影响。基于结构优化设计方面,分析和确定了系统最佳刚度和惯量。针对摩擦和间隙降低系统加载性能的问题,采用了基于LuGre摩擦模型的前馈补偿算法和间隙逆模型补偿算法来抑制摩擦和间隙对系统的影响,从而改善电动负载模拟器的动态性能。最后,通过仿真实验验证了最佳刚度和惯量的合理性,间隙补偿算法和摩擦补偿算法的有效性。研究表明:针对系统结构动态特性,通过模态分析得到系统响应过程中的薄弱环节;针对系统动态特性优化,提出了基于结构优化设计的最佳刚度和惯量,基于LuGre摩擦模型的前馈补偿算法与逆间隙模型补偿算法。研究结果对未来电动负载模拟器动态特性的优化设计具有一定的借鉴作用。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V216.8
【部分图文】：

的分类力执行元件的不同，负载模拟器大概可以分为三类：负载模拟器模拟器出现的时间最早，在 20 世纪 50 年代就已经出装质量块，通过调节质量块来实现加载。其优点是结加载。却只能对特定力矩进行加载，无法实现任意上具有一定的局限性[9]。如图 1.1 为机械式中的一种中扭杆和扭杆套筒组成加载杆，当加载力矩时，根舵面偏转角，选择不同最大线性扭转角和刚度系数的

中北大学学位论文的原理样机，如图 1.4。他所研制的电液式负载模拟器号，可以通过一些控制算法来对系统进行控制，大大提国、韩国、瑞士等国家也开始研发负载模拟器，并取得发出 S105 系列负载模拟器，并且首次应用到导弹测试出力矩达到几百牛米。紧随着美国的 BOEING 公司又生加载空气动力负载模拟器，意大利的 CARVCO 公司生瑞士 CONTRAVES 公司生产的 ADFL-2 型导弹舵面气科学技术的发展，国外研究的负载模拟器在不断提高，矩越来越大，多余力矩的抑制越来越强[15-17]。

中北大学学位论文格的划分构进行网格划分是一切有限元分析的基础，网格的精度和质量直接影确性和速度，网格太多太密会导致分析的效率变慢，网格过少会导致降低，因此在网格划分时要遵循在不影响分析效率的情况下，尽可能质量。在 ANSYS 软件中，常见的网格有六面体单元和四面体单元，任何结构，但在同样单元数量的情况下，四面体的单元数和节点数是，并且四面体单元划分的网格会使分析的结果稍差；六面体单元划分，但仅仅适用于很规则的结构。在扭矩加载系统中，有些零件有较复规则，所以综合考虑采用四面体单元和六面体单元相结合的网格划分的部分采用六面体单元，在不规则处用四面体单元，为保证结果准确置全局单元尺寸大小为 10mm。最后网格划分的结果如图 2.2。
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本文编号：2855569