發(fā)布時(shí)間：2020-10-25 05:59

　　 負(fù)載模擬器是能在室內(nèi)環(huán)境下模擬飛行器舵機(jī)所受到的負(fù)載力矩,并測(cè)試舵機(jī)性能的半實(shí)物仿真設(shè)備。電動(dòng)負(fù)載模擬器具有加載精度高、慣性小、響應(yīng)快、易操作等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用于武器制導(dǎo)、科研實(shí)驗(yàn)、航空航天等領(lǐng)域。但由于加工精度、潤(rùn)滑條件、安裝精度等條件的制約,電動(dòng)負(fù)載模擬器的剛度、慣量、間隙、摩擦因素都會(huì)影響系統(tǒng)的加載性能。隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)向著輕量化發(fā)展,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中零件更容易發(fā)生彈性形變,而零件的彈性形變也會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的加載性能。因此,了解電動(dòng)負(fù)載模擬器結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性,研究剛度、慣量、間隙、摩擦對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,并選用合適的方法來(lái)改善這些因素對(duì)系統(tǒng)的影響是十分重要的。論文建立了電動(dòng)負(fù)載模擬器扭矩加載系統(tǒng)的3D模型,通過(guò)有限元的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析,分析了前六階的模態(tài)頻率和振型,獲得扭矩加載系統(tǒng)中變形量最大的部分,即系統(tǒng)在響應(yīng)過(guò)程中最薄弱的環(huán)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理和非線性因數(shù)特點(diǎn),建立了包含剛度、慣量、摩擦、間隙的完整性數(shù)學(xué)模型,深入研究了這四個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)加載性能的影響�；诮Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面,分析和確定了系統(tǒng)最佳剛度和慣量。針對(duì)摩擦和間隙降低系統(tǒng)加載性能的問(wèn)題,采用了基于LuGre摩擦模型的前饋補(bǔ)償算法和間隙逆模型補(bǔ)償算法來(lái)抑制摩擦和間隙對(duì)系統(tǒng)的影響,從而改善電動(dòng)負(fù)載模擬器的動(dòng)態(tài)性能。最后,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了最佳剛度和慣量的合理性,間隙補(bǔ)償算法和摩擦補(bǔ)償算法的有效性。研究表明:針對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性,通過(guò)模態(tài)分析得到系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié);針對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化,提出了基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳剛度和慣量,基于LuGre摩擦模型的前饋補(bǔ)償算法與逆間隙模型補(bǔ)償算法。研究結(jié)果對(duì)未來(lái)電動(dòng)負(fù)載模擬器動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的借鑒作用。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V216.8
【部分圖文】：

的分類力執(zhí)行元件的不同，負(fù)載模擬器大概可以分為三類：負(fù)載模擬器模擬器出現(xiàn)的時(shí)間最早，在 20 世紀(jì) 50 年代就已經(jīng)出裝質(zhì)量塊，通過(guò)調(diào)節(jié)質(zhì)量塊來(lái)實(shí)現(xiàn)加載。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)加載。卻只能對(duì)特定力矩進(jìn)行加載，無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意上具有一定的局限性[9]。如圖 1.1 為機(jī)械式中的一種中扭桿和扭桿套筒組成加載桿，當(dāng)加載力矩時(shí)，根舵面偏轉(zhuǎn)角，選擇不同最大線性扭轉(zhuǎn)角和剛度系數(shù)的

中北大學(xué)學(xué)位論文的原理樣機(jī)，如圖 1.4。他所研制的電液式負(fù)載模擬器號(hào)，可以通過(guò)一些控制算法來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，大大提國(guó)、韓國(guó)、瑞士等國(guó)家也開始研發(fā)負(fù)載模擬器，并取得發(fā)出 S105 系列負(fù)載模擬器，并且首次應(yīng)用到導(dǎo)彈測(cè)試出力矩達(dá)到幾百牛米。緊隨著美國(guó)的 BOEING 公司又生加載空氣動(dòng)力負(fù)載模擬器，意大利的 CARVCO 公司生瑞士 CONTRAVES 公司生產(chǎn)的 ADFL-2 型導(dǎo)彈舵面氣科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外研究的負(fù)載模擬器在不斷提高，矩越來(lái)越大，多余力矩的抑制越來(lái)越強(qiáng)[15-17]。

中北大學(xué)學(xué)位論文格的劃分構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分是一切有限元分析的基礎(chǔ)，網(wǎng)格的精度和質(zhì)量直接影確性和速度，網(wǎng)格太多太密會(huì)導(dǎo)致分析的效率變慢，網(wǎng)格過(guò)少會(huì)導(dǎo)致降低，因此在網(wǎng)格劃分時(shí)要遵循在不影響分析效率的情況下，盡可能質(zhì)量。在 ANSYS 軟件中，常見的網(wǎng)格有六面體單元和四面體單元，任何結(jié)構(gòu)，但在同樣單元數(shù)量的情況下，四面體的單元數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)是，并且四面體單元?jiǎng)澐值木W(wǎng)格會(huì)使分析的結(jié)果稍差；六面體單元?jiǎng)澐�，但僅僅適用于很規(guī)則的結(jié)構(gòu)。在扭矩加載系統(tǒng)中，有些零件有較復(fù)規(guī)則，所以綜合考慮采用四面體單元和六面體單元相結(jié)合的網(wǎng)格劃分的部分采用六面體單元，在不規(guī)則處用四面體單元，為保證結(jié)果準(zhǔn)確置全局單元尺寸大小為 10mm。最后網(wǎng)格劃分的結(jié)果如圖 2.2。
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