基于毛细管节流多油垫静压转台理论和实验研究

针对毛细管节流多油垫闭式静压转台建立主轴系统动力学模型,应用Simulink软件得到了主轴系统在偏载下的动静态特性,分析了不同外载及不同加载位置对转台油膜厚度、油膜承载力、油腔压力及转台偏转角的影响.搭建了静压转台动静态特性实验装置,对8油垫静压转台进行了动态加载实验和正弦激励扫频实验.计算结果与实验结果比较表明:该理论模型具有合理性,为静压转台的优化设计和精密机床加工精度的提高提供依据.     

末敏探测高速转台的静动态特性分析

为了保证高塔末敏探测系统在高速回转运行时的稳定性与可靠性,搭建了以转台机械结构、转台测控系统和转台调平支架为主要组成部分的二轴高速转台系统。在高速转台三维模型基础上,利用ANSYS Workbench提供的有限元分析模块对转台承受载荷的框架结构及回转主轴进行静态和动态特性分析。仿真结果表明:将简化的结构表示为负载加载在分析模型上,从模型的应力云图和位移变化云图中可以看出,最大形变及应力分布在负载内框部分,最大位移量为2.227 75×10~(-2) mm,最大应力为12.158×10~6 Pa,转台结构满足安全系数的要求。通过对比转台固有频率数学计算结果与软件固有频率仿真结果,可以看出转台简化模型前6阶的固有频率均大于外部激励频率的83.3 Hz。转台固有频率的理论计算模型与仿真计算模型都是合理的,为光电探测转台的优化设计提供理论依据。     

光电跟踪转台有限元模态分析

为了分析计算光电跟踪转台的模态以及振型,利用ANSYS有限元分析软件计算了光电跟踪转台的3阶模态,分析了整体结构以及各部件之间的刚性连接,在计算固有频率时对结构进行了简化.通过对结构进行模态分析,得出该结构的固有频率与振型,得出了结构在此频率范围内受外界或自身激励的影响规律.计算结果表明:1阶固有频率为93.16 Hz,2阶固有频率为100.84Hz,3阶固有频率为105.71Hz;外界激励频率在10~60Hz,可以避免结构发生共振.     

三轴飞行模拟转台的动态特性分析

用有限元分析方法,对三轴转台轴系的动态特性进行了理论计算和研究,建立了各轴系的有限元模型。应用有限元分析软件ANSYS6．1对模型进行了分析计算,得出各框架的各阶频率及其振型,并对计算结果进行了模态分析。     

激光通信用潜望式跟瞄转台伺服系统设计

在卫星激光通信的背景下,为了实现潜望式卫星通信终端对大口径地面站发出的目标光束的快速捕获和精确跟踪,需要具有潜望式通信终端伺服系统的跟踪精度高、低速平稳性好的性能。为此,从两个方面来保证潜望式通信终端的跟踪性能,一是设计了基于ARM和FPGA的伺服控制器,建立基础空间矢量控制的三闭环控制策略,二是建立基于潜望式结构的自动跟踪模型。根据永磁同步电机磁场定向控制原理(FOC)和空间矢量控制原理(SVPWM),进行了相关的硬件设计和控制算法设计。另由于潜望式跟踪结构在对目标光束进行跟踪时存在方位轴与俯仰轴的耦合关系,因此需要利用光学矩阵和转轴的旋转矩阵建立潜望式跟踪转台的自动跟踪模型。之后将单轴电机控制系统与自动跟踪模型相结合,实现潜望式通信终端对目标光束的精确跟踪。实验结果证明:本潜望式跟瞄转台伺服控制系统能够满足跟踪精度和低速平稳性的要求,并且根据建立的自动跟踪模型,实现对目标光束的精确跟踪,满足星间激光通信的高精度粗跟踪要求。     

周扫式激光通信跟瞄转台设计及分析

为了满足LEO对GEO激光通信任务的初始指向快速捕获(Acquisition)、精确瞄准(pointing)及精密跟踪(Tracking)需求。设计了一种卫星舱外的二维激光通信跟瞄转台。首先,根据通信任务需求,确立跟瞄转台的结构形式;其次,依据精密轴系设计理论完成方位俯仰两轴结构设计,并根据轴承支撑理论对周扫式跟瞄转台进行力学特性分析。分析表明本精密轴系能够在方位和俯仰两轴实现10″的跟踪精度,满足通信需求。最后根据赫兹接触理论计算精密轴系轴承在负载状态下的刚度,通过有限元分析软件分析了跟瞄转台的动态刚度及稳定性。经分析验证跟瞄转台能够承受搭载卫星发射条件要求。     

液体静压转台系统动力学分析及参数影响

为了控制液体静压转台系统的振动,将液体静压转台系统承载力进行了泰勒展开,从而将非线性油膜力等效简化为弹簧阻尼器系统,建立了液体静压转台系统的有限元模型,并对系统进行模态分析和谐响应分析,研究了油腔几何参数对系统动力学特性的影响,探讨了油腔数目、材料弹性模量、等效油膜刚度及等效油膜阻尼等参数对系统动位移的影响.结果表明:随着油腔外半径、初始油膜厚度和油腔深度的增大,系统的固有频率值将减小;封油边宽度增大,系统固有频率则增大.根据油腔布局的不同可以看到:4油腔系统的动位移最小,16油腔系统的动位移最大,系统在低频范围的动位移比高频范围大.材料弹性模量、等效油膜刚度和等效油膜阻尼对动位移有显著影响.该研究为液体静压转台系统的动态设计和提高转台的加工精度提供了参考依据.     

高速卷绕机传动轴的振动分析及控制研究

以高速卷绕机传动轴作为研究对象,利用ANSYS Workbench系统对传动轴在无约束自由状态和约束状态下进行有限元模态仿真,得到传动轴模态频率和模态振型。采用自由实验模态分析结果对建立的模型进行验证,得到传动轴固有频率,发现其一阶固有频率为26.66Hz,与卡盘轴一阶临界转速为1 500r/min时的频率(25Hz)接近。为避免传动轴发生共振,通过优化传动轴结构修改其动力特性,将传动轴固有频率调整为41.33 Hz。研究结果为解决高速卷绕机动平衡问题、控制传动轴振动、提高传动性能提供了理论依据。     

基于ADAMS的二维跟踪转台动力学耦合分析

基于ADAMS动力学仿真软件,对二维跟踪转台的方位轴系以及俯仰轴系进行了动力学分析。首先通过仿真方位轴系和俯仰轴系单独摇摆及匀速运动,得到单独运动时驱动电机转矩输出情况;其次通过加载函数使两轴系同时做摇摆运动、高速匀速运动,方位轴系高速匀速运动而俯仰轴系做摆动运动的三种耦合情况,得到了耦合运动时系统驱动电机输出转矩曲线。对比分析不同情况下两轴系驱动电机转矩曲线,得到方位轴系与俯仰轴系之间运动的相互影响关系,为电机的选择提供参考,并为转台物理样机的设计及优化提供了一定建议。     

基于MIT的伺服转台系统自适应控制

伺服转台作为一个高精度的位置随动系统,提高其对高速目标的跟踪精度已经成为研究伺服转台的重要课题。针对这一问题,采用模型参考自适应控制的方法对伺服转台进行控制,基于MIT理论计算得到自适应控制律,完成控制系统的总体设计,最后使用Matlab/Simulink仿真软件对控制系统的性能进行仿真验证。结果表明,基于MIT理论设计的自适应控制系统结构简单,易于实现,且能够有效的提高伺服转台控制系统跟踪精度。     

双半轴轴系结构的功率流传递特性

针对双半轴转台结构在工作中的振动问题,建立了具有典型半轴式结构的转台轴系(轴—轴承—框架)动力学模型.采用传递矩阵和子结构导纳功率流法,分别推导了转台轴系的各部分子结构的功率流表达式,通过实验分析了转台各部分结构的功率流传递特性;并从系统的振动传递路径角度,采用振动功率流法分析了转台各部分结构的能量损耗情况.实验结果表明:具有典型半轴式结构的转台,其闭环式结构特点会导致结构振动产生明显的耦合情况;从振动传递路径角度,以功率流作为评价指标能更有效地分析出各条传递路径上的能量损耗情况,并针对性地采取减振降噪措施.     

振动式排种器的模态分析与试验研究

针对有限元分析中排种器中铰链建模的困难,提出用杆单元模拟铰接点运动和动力学特性的近似处理方法,建立了排种器的整体模型,分析了系统的前四阶固有频率和对应的振型图。模态试验结果与仿真分析结果对比表明,所建立的有限元计算模型是准确的。根据分析结果及排种器的工作特点,其工作频率为4 Hz左右。     

一类欠驱动机械系统的虚约束动态伺服控制

为了克服欠驱动机械系统无法对任意点和轨迹进行跟踪的缺点,扩大欠驱动机械系统应用领域,研究一类欠驱动机械系统的动态伺服控制问题,动态伺服控制通过规划和跟踪特定轨迹来实现任意位形空间点的瞬时可达.采用虚约束方法来规划动态伺服轨迹,通过构造自由度之间的约束关系,并对约束作用下系统零动态进行分析,可以方便获得符合系统特性的周期轨道;利用虚约束函数与轨道函数之间的内在联系,基于Lyapunov稳定性理论设计轨迹跟踪控制器.最后,在Acrobot实物平台上进行了实验,实验结果证明轨迹规划方法和控制方法的有效性.     

压电双晶片型旋转精密驱动器动态特性和控制

提出了以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型冲击式旋转精密驱动器.制作了驱动器样机,建立了基于Lugre摩擦模型的驱动器动力学模型.对驱动器动态特性进行了仿真分析和实验对比研究.根据驱动器的动态特性,提出了冲击式压电双晶片型精密驱动器特定的定频调压控制方法.仿真分析结果和实验结果吻合较好,表明该动力学模型符合驱动器的动态特性,可用于对冲击式压电双晶片型旋转精密驱动器的理论分析.     

直线永磁伺服电机机电子系统解耦的速度跟踪控制

根据三相交流直线永磁同步伺服电动机的非线性动态数学模型，采用状态反馈解耦的方法，建立直线永磁同步伺服电动机闭环系统动态的输入－输出数学模型，通过该解耦模型设计速度跟踪控制律，在保证整个闭环系统稳定的情况下，提高速度跟踪的快速性和精确性，最后，通过MATLAB5．3进行计算机仿真实验研究，结果表明线性化后的系统模型是简单适用的，速度跟踪实现了快速性和精确性。     

月基二维转台轴承预紧力和系统刚度计算

为了研究在转台结构形式确定的情况下,轴承预紧力与系统刚度的关系,分析了轴承预紧力、轴承刚度和轴系刚度之间的关系,推导了轴承预紧力与轴系固有频率之间的计算公式,并通过有限元分析的方法获得了轴承预紧力与系统固有频率的关系曲线。通过对二维转台固有频率的测试,验证了该方法的正确性,同时为轴承最佳预紧力的确定提供了一个有效的方法。     

数控旋压机床旋轮架广义空间位置维动态特性分析

数控旋压机床是集旋压、自动化机械、液压伺服控制等多项先进技术为一体的高科技机床产品。数控旋压机床进行旋压件加工时的精度取决于加工过程中旋轮与芯模的相对间隙。随着数控旋压机床在加工过程中旋轮空间位置姿态的不断变化,旋轮架结构构形及轴间耦合作用也随之发生改变,导致旋压机机床动态特性预测具有复杂性和不确定性。针对企业提升大型双轮数控旋压机床动态性能的需求,基于虚拟样机技术,构建了考虑机床结合部动态特性参数的旋轮架系统动力学有限元模型,并基于实际加工工况进行模型边界条件设置。以一阶固有频率为主要参考指标,基于有限元分析模型修正法对旋轮架在广义加工空间中的不同位置进行了模拟模态分析和实验模态分析,研究了旋轮架的动态特性与广义加工空间位置姿态变化之间的关系。数字仿真分析和实验结果表明：对旋轮架一阶固有频率来说,不同位置点的模拟模态值与实验模态值总体吻合较好,平均误差率为2.21%;系统的一阶固有频率、振型及阻尼比随位置姿态的改变而变化;不同位置之间的最低与最高固有频率相差26%左右;X轴坐标越居中,Z轴坐标越大,旋轮架固有频率越低,旋轮振幅越大。证明旋轮架的不同空间位置姿态对旋压机床的动态特性影响较大。得到的结论可以用于研制新型旋压机床、优化加工路线和设计最优加工位置。     

转台轴系轴承刚度矩阵的理论推导与数值计算

为提高三轴飞行模拟转台的动态性能及机械精度,对转台轴系的支撑轴承进行了研究.根据滚动轴承的几何学、运动学的基本原理和赫兹接触理论,建立了轴承刚度精确的数学模型,推导出了轴承完整的刚度矩阵的解析公式.研究了轴承受载、变形位移的数值计算方法.根据理论模型编制了轴承刚度的计算软件,为转台轴系有限元分析中边界条件的处理提供了依据.     

转台轴系轴承刚度矩阵的理论推导与数值计算

为提高三轴飞行模拟转台的动态性能及机械精度，对转台轴系的支撑轴承进行了研究。根据滚动轴承的几何学、运动学的基本原理和赫兹接触理论，建立了轴承刚度精确的数学模型，推导出了轴承完整的刚度矩阵的解析公式。研究了轴承受载、变形位移的数值计算方法。根据理论模型编制了轴承刚度的计算软件，为转台轴系有限元分析中边界条件的处理提供了依据。     

1.2m望远镜跟踪架结构设计与分析

为提高望远镜系统的响应速度,增加伺服系统的控制带宽,望远镜的结构刚度需要得到有效保证。首先,根据望远镜力的传递路径,选择双排角接触球轴承作为承载元件,设计了适用于1.2m望远镜的地平式结构。然后,在ANSYS中使用Matrix27单元模拟轴承结构,并建立了望远镜的详细有限元模型,以预测该系统的性能。最后,通过有限元分析、模态测试以及扫频实验获得系统的性能,并借助于流场分析,研究了风载对望远镜性能的影响。仿真结果表明,系统的一阶谐振频率可达21.3Hz,能够满足前期设计要求;模态试验结果显示,系统的一阶谐振频率约为18.5Hz;扫频实验结果显示,方位轴一阶谐振频率为20.8Hz,进而验证了前期分析的正确性。流场分析显示,风载对望远镜驱动电机的力矩输出能够产生影响,控制系统校正后扰动力矩大小约为3.4Nm RMS。仿真和实验结果证明1.2m望远镜轴系的设计方案合理,测试方法可行,能够达到预期效果。