負載模擬器是能在室內(nèi)環(huán)境下模擬飛行器舵機所受到的負載力矩,并測試舵機性能的半實物仿真設備。電動負載模擬器具有加載精度高、慣性小、響應快、易操作等優(yōu)點,被廣泛的應用于武器制導、科研實驗、航空航天等領域。但由于加工精度、潤滑條件、安裝精度等條件的制約,電動負載模擬器的剛度、慣量、間隙、摩擦因素都會影響系統(tǒng)的加載性能。隨著機械結構向著輕量化發(fā)展,在運動過程中零件更容易發(fā)生彈性形變,而零件的彈性形變也會直接影響整個系統(tǒng)的加載性能。因此,了解電動負載模擬器結構的動態(tài)特性,研究剛度、慣量、間隙、摩擦對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響,并選用合適的方法來改善這些因素對系統(tǒng)的影響是十分重要的。論文建立了電動負載模擬器扭矩加載系統(tǒng)的3D模型,通過有限元的方法對系統(tǒng)進行了模態(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)在響應過程中最薄弱的環(huán)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理和非線性因數(shù)特點,建立了包含剛度、慣量、摩擦、間隙的完整性數(shù)學模型,深入研究了這四個因素對系統(tǒng)加載性能的影響�；诮Y構優(yōu)化設計方面,分析和確定了系統(tǒng)最佳剛度和慣量。針對摩擦和間隙降低系統(tǒng)加載性能的問題,采用了基于LuGre摩擦模型的前饋補償算法和間隙逆模型補償算法來抑制摩擦和間隙對系統(tǒng)的影響,從而改善電動負載模擬器的動態(tài)性能。最后,通過仿真實驗驗證了最佳剛度和慣量的合理性,間隙補償算法和摩擦補償算法的有效性。研究表明:針對系統(tǒng)結構動態(tài)特性,通過模態(tài)分析得到系統(tǒng)響應過程中的薄弱環(huán)節(jié);針對系統(tǒng)動態(tài)特性優(yōu)化,提出了基于結構優(yōu)化設計的最佳剛度和慣量,基于LuGre摩擦模型的前饋補償算法與逆間隙模型補償算法。研究結果對未來電動負載模擬器動態(tài)特性的優(yōu)化設計具有一定的借鑒作用。
【學位單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V216.8
【部分圖文】：

的分類力執(zhí)行元件的不同，負載模擬器大概可以分為三類：負載模擬器模擬器出現(xiàn)的時間最早，在 20 世紀 50 年代就已經(jīng)出裝質(zhì)量塊，通過調(diào)節(jié)質(zhì)量塊來實現(xiàn)加載。其優(yōu)點是結加載。卻只能對特定力矩進行加載，無法實現(xiàn)任意上具有一定的局限性[9]。如圖 1.1 為機械式中的一種中扭桿和扭桿套筒組成加載桿，當加載力矩時，根舵面偏轉角，選擇不同最大線性扭轉角和剛度系數(shù)的

中北大學學位論文的原理樣機，如圖 1.4。他所研制的電液式負載模擬器號，可以通過一些控制算法來對系統(tǒng)進行控制，大大提國、韓國、瑞士等國家也開始研發(fā)負載模擬器，并取得發(fā)出 S105 系列負載模擬器，并且首次應用到導彈測試出力矩達到幾百牛米。緊隨著美國的 BOEING 公司又生加載空氣動力負載模擬器，意大利的 CARVCO 公司生瑞士 CONTRAVES 公司生產(chǎn)的 ADFL-2 型導彈舵面氣科學技術的發(fā)展，國外研究的負載模擬器在不斷提高，矩越來越大，多余力矩的抑制越來越強[15-17]。

中北大學學位論文格的劃分構進行網(wǎng)格劃分是一切有限元分析的基礎，網(wǎng)格的精度和質(zhì)量直接影確性和速度，網(wǎng)格太多太密會導致分析的效率變慢，網(wǎng)格過少會導致降低，因此在網(wǎng)格劃分時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，任何結構，但在同樣單元數(shù)量的情況下，四面體的單元數(shù)和節(jié)點數(shù)是，并且四面體單元劃分的網(wǎng)格會使分析的結果稍差；六面體單元劃分，但僅僅適用于很規(guī)則的結構。在扭矩加載系統(tǒng)中，有些零件有較復規(guī)則，所以綜合考慮采用四面體單元和六面體單元相結合的網(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，為保證結果準確置全局單元尺寸大小為 10mm。最后網(wǎng)格劃分的結果如圖 2.2。
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