电动式扭转动刚度测试仪加载台的研究与设计

发布时间：2017-10-22 20:35

  本文关键词：电动式扭转动刚度测试仪加载台的研究与设计

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【摘要】：电动式扭转动刚度测试仪是现代船舶、航空航天、制导武器等领域高性能传动系统设计开发亟需的测试设备。为深入透彻地探究被测对象的动刚度特性,往往要求测试设备具有较宽的加载频带,然而对于电动式加载测试系统,加载频率的提高会导致加载精度降低与输出力矩幅值减小的问题。为此,本文以扭转动刚度测试仪的加载台为研究对象,对加载台的机械系统与加载系统展开深入研究,从结构与控制两方面解决宽频带对加载精度与输出力矩幅值的影响,力求为高性能电动式测试系统的设计开发提供理论与实践指导。本文从扭转动刚度测试的原理与方法入手,根据加载台的要求设计了总体方案,分别对加载台的机械系统与加载系统进行了设计与分析。针对加载台的机械系统,设计了机架结构与三自由度重复定位机构,解决了系统通用性的问题,并利用有限元验证了其结构性能;为避免宽频带的加载引起结构的共振,进而影响测试精度,对机械系统采取增强刚度与减轻重量的方法,有效提高了加载台模态频率。针对加载台的加载系统,根据其工作原理对加载电机与测量传感器进行了选型,并建立了系统整体的数学模型,据此分析了传动环节刚度对加载系统特性的影响,进而设计了合适的传动环节转接轴;通过力矩闭环的PID控制和基于结构不变性原理的前馈补偿环节,改善了加载系统的控制性能,有效解决了干扰力矩对加载精度的影响;提出了分散动力的双联电机组加载方式,通过仿真分析验证了该方式可以在120Hz加载频率的前提下使输出力矩达到40Nm。最后,本文对加载台的性能进行了测试与仿真。通过模态实验,获取了加载台机械系统的模态参数,实验结果与仿真一致,表明其一阶模态频率为233.1Hz,远高于最大加载频率120Hz。另外,通过仿真分析表明了加载系统在120Hz加载频带内具有较好的动态输出特性与力矩跟踪性能,加载力矩的幅值误差在10%以内。
【关键词】：电动加载台 扭转动刚度 结构设计 有限元分析 力矩加载控制
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH823
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题的意义与目的9-10
• 1.3 国内外加载测试系统的发展与研究现状10-15
• 1.4 论文的主要研究内容及章节安排15-16
• 2 扭转动刚度测试仪加载台的总体设计16-22
• 2.1 引言16
• 2.2 扭转动刚度测试的原理16-18
• 2.3 扭转动刚度测试仪加载台的设计要求18-19
• 2.4 扭转动刚度测试仪加载台的总体设计19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 加载台机械系统的设计与分析22-32
• 3.1 引言22
• 3.2 加载台机械系统的设计与选型22-26
• 3.3 加载台机械系统的有限元分析26-29
• 3.4 加载台模态频率提高的措施29-31
• 3.5 本章小结31-32
• 4 加载台加载系统的设计与分析32-48
• 4.1 引言32
• 4.2 加载系统的组成及其数学模型的建立32-37
• 4.3 传动环节刚度对加载系统特性的影响37-40
• 4.4 力矩加载的控制方法40-45
• 4.5 分散动力加载方式的分析45-47
• 4.6 本章小结47-48
• 5 加载台的性能测试与仿真48-56
• 5.1 引言48
• 5.2 机械系统的模态实验48-53
• 5.3 加载系统力矩跟踪性能的仿真53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 6 总结与展望56-58
• 6.1 全文总结56
• 6.2 研究展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-61

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本文编号：1080020