深层月壤采样装置钻进系统建模与分析

发布时间：2024-03-18 19:36

　　根据我国“探月三期”工程的任务目标，采集月表2m深度下且保持原始层理特性的月壤样本，质量不小于500g。本文从采样钻具与月壤间的相互作用力学模型、钻进机构模型和钻进电机模型三个方面分别展开研究，建立月壤采样装置钻进系统模型，对不同工况下钻进电机的运行情况分析，分析相应的控制策略。本文主要从以下方面展开： 首先，基于土力学基本理论，研究月壤颗粒群在螺旋钻杆作用下的运移规律，考虑了钻屑的径向分布特性，分析了钻杆螺旋面上月壤微元的受力情况以及钻头与月壤间的相互作用力学关系，通过分析螺旋输土的临界状态给出了钻杆临界速度，得到了进尺速度与回转速度的耦合系数，获得了钻杆阻力矩、辅助钻压力和钻头阻力矩的解析模型，建立采样钻具与月壤间相互作用力学模型。 其次，根据月壤采样装置功能需求及对国外采样成功案例分析，确定钻进机构的基本方案，建立钻进机构简化模型，对加载机构和回转机构模型的各部件力学分析，建立钻进机构力学模型，研究步进电机的数学模型和矢量控制方法，建立步进电机矢量控制模型，对无刷直流电机的数学模型和双闭环控制方法研究，建立无刷直流电机双闭环控制模型，分别通过仿真验证了电机控制模型的动态响应能力。...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 地外天体深层钻取采样技术的研究现状
        1.2.2 步进电机的研究现状
        1.2.3 无刷直流电机的研究现状
    1.3 本文的研究内容
第2章 采样钻具与月壤间相互作用力学分析
    2.1 采样钻具与月壤作用力学分析
        2.1.1 月壤颗粒群运移规律
        2.1.2 钻杆螺旋面上月壤受力分析
        2.1.3 钻头与月壤相互作用力学分析
    2.2 钻进参数分析
        2.2.1 钻进运动参数
        2.2.2 钻进力学参数
    2.3 本章小结
第3章 月壤采样装置钻进机构及电机模型研究
    3.1 钻进机构力学分析及建模
        3.1.1 加载机构力学分析及建模
        3.1.2 回转机构力学分析及建模
    3.2 加载机构电机建模与仿真
        3.2.1 步进电机数学模型
        3.2.2 步进电机矢量控制模型
        3.2.3 仿真结果
    3.3 回转机构电机建模与仿真
        3.3.1 无刷直流电机数学模型
        3.3.2 无刷直流电机双闭环控制模型
        3.3.3 仿真结果
    3.4 本章小结
第4章 月壤采样装置钻进系统建模与分析
    4.1 钻进参数分析
        4.1.1 钻杆临界速度及进尺速度
        4.1.2 钻杆阻力矩及辅助钻压力
        4.1.3 进尺驱动力矩及钻具阻力矩
        4.1.4 回转驱动力矩
    4.2 钻进系统仿真及分析
        4.2.1 钻进系统仿真
        4.2.2 钻进系统控制策略分析
    4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3931711