3自由度气浮台力学性能研究--关于不平衡力矩的补偿

提出了一种气浮台自重变形引起的不平衡力矩的补偿方法,即将气浮台平台质心与回转中心在垂直方向相距以微小距离,从而使气浮台的刚体质心与回转中心不重合产生的不平衡力矩与平台自重变形引起的不平衡力矩在气浮台水平两角最大工作范围处相互抵消。采用航天器姿态动力学理论讨论了补偿后的最大不平衡力矩变化规律,论证了此种补偿方法适用于气浮台绕水平面内过回转中心的任意轴旋转的情况。计算结果表明,当工作范围为±25°时,补偿后的最大不平衡力矩仅为补偿前的1／25。     

液压仿真转台摩擦力矩自适应补偿的研究

针对液压马达所受到的动静摩擦力矩难以精确测定的特点，提出一种基于非精确模型的摩擦力矩补偿方法。在补偿过程中考虑了静摩擦力矩和动摩擦力矩，但在系统的设计过程中并不需要其精确值仅需其上界值。把该控制算法应用于某型号液压仿真转台的液压伺服系统中获得了较满意的效果。实验结果表明，与一般的PID控制相比该控制算法对系统的摩擦力矩补偿是完全有效的。     

雷达天线转台负载力矩的确定

利用雷达天线转台的典型设计实例,对作用在天线转台上的风力矩、惯性力矩和摩擦力矩进行了计算,对减小负载力矩的主要方法作了分析,提供了一些有实用价值的数据.     

重力引起的3自由度气浮台各类不平衡力矩关系及影响

为了提高3自由度气浮台的仿真精度,减小重力引起不平衡力矩的影响,提出气浮台弹性不平衡力矩的计算及补偿方法。建立气浮台重力引起的静态、弹性、重力梯度和总不平衡力矩的计算模型,分析重力引起的各类不平衡力矩关系及影响。通过对比发现气浮台质心位置相对回转中心较远时,静态不平衡力矩起主要作用。随着质心位置接近回转中心,弹性不平衡力矩逐渐成为影响气浮台平衡的主要因素,此时质心位置与回转中心距离的减小已不起作用,说明弹性不平衡力矩是制约气浮台精度提高的主要因素。提出静态不平衡力矩与弹性不平衡力矩相互补偿的原理,给出自动调平衡系统补偿算法。试验结果表明采用补偿方法是减小气浮台不平衡力矩的有效措施。     

气浮悬吊式太阳翼重力补偿装置的设计与验证

针对滚轮滑车悬吊式重力补偿装置运行阻力大、气浮支撑式补偿装置无法满足机构向气浮平台方向运动的问题,提出了基于龙门架式支撑结构与横、纵双向气浮导轨相结合的悬吊式重力补偿装置设计方案。采用多段拼接技术解决了超长纵向导轨生产与装调难题;采用在纵向导轨拼缝两侧增设节流孔的方法,提升了纵向滑车在拼缝处的运行平稳性;在纵向导轨上采用倒"V"形工作表面,解决了因外力未通过质心可能引起横向导轨运行偏转的问题;采用挤压成型中空铝型材与碳纤维增强梁相结合的方法实现了大跨距横向导轨的减重与抗弯刚度的提升。经分析与试验验证,在单个悬吊点处悬挂90kg负载,该装置最大运行阻力系数不超过0.037%,运行范围可达2 m×20 m,在速度不超过1 m/s,加速度不超过0.3 m/s²的使用条件下,具有良好的动态跟随能力,可满足太阳翼、天线等大型空间可展开机构地面展开试验与性能测试的需求。     

3自由度气浮台力学性能研究--关于自重作用下不平衡力矩的分析

根据航天器姿态运动理论和弹性力学薄板弯曲理论,推导出重力作用下的有限元单元质心位移公式和结构整体质心弹性位移公式,计算了3自由度气浮台平台的自重变形引起的质心弹性位移和由此产生的不平衡力矩.对计算结果分析表明气浮台自重变形产生的不平衡力矩的原因是结构各方向的刚度不等,并给出了气浮台在任意欧拉角时的不平衡力矩公式.当气浮台绕水平轴旋转时,不平衡力矩呈正弦变化,俯仰或滚动角为45°时力矩达到最大值.     

超精密全口径抛光机气浮转台的静态特性

为了分析角摆和转速对超精密全口径抛光机气浮转台静态特性的影响,建立了一种数值计算方法.将考虑角摆后的气膜厚度方程带入雷诺方程,此时的方程含有角摆和转速项,采用有限差分法进行离散并通过联合流量平衡方程进行数值求解.计算结果表明:单一角摆下,气浮转台的最大极限角摆为5×10-5 rad,随着角摆的增大,气膜厚度最大值逐渐增...     

气浮转台转子结构参数对变形的影响研究及优化设计

为了减小气浮转台在加工尺寸较大的零件时的变形,对转子的各几何参数进行了灵敏度分析.首先了利用Work-bench 中 Static Structural分析出初始设计尺寸下气浮转台的变形量以及应力大小,然后再利用响应曲面优化分析工具(Response Surface)求出所有几何设计尺寸对气浮转台变形量的灵敏度的大小,...     

负载力矩补偿的转速模拟系统复合控制

从转速模拟系统的干扰因素,对主要负载力矩干扰,提出了基于负载力矩补偿的复合控制:首先从结构不变性原理出发,通过干扰力矩观测器对速度控制进行前馈补偿,其次从增速装置后的力矩传感器获得的力矩信号进行微分负反馈补偿。仿真证明了本文提出的控制方法在抑制负载干扰方面取得了一定的效果。     

狭缝和气膜尺寸对气浮陀螺仪涡流力矩的影响

为提高气浮陀螺仪漂移精度,采用有限元方法,研究狭缝宽度和浮子轴颈气膜厚度对气浮陀螺仪承载力、刚度以及涡流力矩的影响.结果表明,节流狭缝宽度和气膜厚度对气浮轴承承载力、刚度和涡流力矩等特性影响显著.在狭缝宽度为5-15μm和气膜厚度为10-30 μm的区间内,通过分析两者的数值对气浮陀螺仪刚度和涡流力矩的影响,得到狭缝宽度和气膜厚度的合理匹配关系.并考虑加工难易程度以及制造误差对涡流力矩的影响,得出合理的数值匹配,即狭缝宽度为7～8 μm和轴颈气膜厚度为15～18 μm.     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承负载力矩复合补偿的控制

提出一种基于角速率前馈与力矩观测相结合的磁轴承负载力矩复合补偿控制方法来提高双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子的悬浮精度。建立了双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子动力学模型,分析了内外框架转动情况下的磁轴承负载力矩。分别基于框架角速率前馈和力矩观测设计了磁轴承负载力矩复合补偿控制方法,分析了补偿后系统的稳定性。最后,利用实验室研制的样机搭建试验平台对本文所提出的方法进行了实验验证。结果表明:在框架以角加速度120(°)/s2启动至10(°)/s时,该方法使转子Ax端位移跳动量减小为未补偿前的44.8%;内外框架以幅值频率10Hz正弦激励时,转子Ax、By端的位移跳动量分别减小为未补偿前的23.4%和35.5%。结果显示提出的方法有效地提高了磁悬浮转子在负载力矩扰动下的悬浮精度。     

A linear air bearing stage with active magnetic preloads for ultraprecise straight motion

In this paper, we propose a linear motion stage designed with magnetically preloaded air bearings. The magnetic actuators for preloading air bearings were combined with permanent magnets and coils to adjust the air bearing clearance by actively controlling the magnetic force. The system was designed to achieve a simplified configuration of air bearing stage while providing ultraprecise straight motion by actively compensating for the motion errors. The porous aerostatic bearings and magnetic preload actuators were designed and analyzed numerically for a single-axis prototype linear stage driven by a coreless linear motor. A magnetic circuit model was derived for the magnetic actuators. The static stiffness and load capacity of the air bearing stage in the vertical (magnetically preloaded) direction were experimentally measured and compared with the results from the numerical analysis. Motion control laws for three degrees of freedom (i.e., vertical, pitch, and roll motions) were obtained with a high linearity and independence for each axis. The active compensation of three motion errors, the vertical, pitch and roll motion errors were performed through curve-fitting the three errors measured with combination of capacitive gap sensors and a laser interferometer. The errors were reduced from 1.09 to 0.11 μm for the vertical straightness error, from 9.42 to 0.18 arcsec for the pitch motion, and from 2.42 to 0.18 arcsec for the roll motion as level of measured repeatability.     

球轴承摩擦力矩测量仪的设计与应用

为测量在不同载荷、转速等条件下球轴承的摩擦力矩特性,设计制造了球轴承摩擦力矩测量仪。介绍了测量仪的测量原理与技术方案。该测量仪模拟了轴承的载荷、转速、偏转力矩等工况,测量了轴承的摩擦力矩。对测量数据分析表明,该摩擦力矩测量仪能满足预定的设计要求,具有良好的稳定性,测量数据准确可靠,可为各种轴承摩擦力矩的测量提供准确的数据支持。     

直流力矩电机力矩波动的自适应补偿控制

为解决伺服系统在低速状态下其电机力矩波动影响速度稳定性的问题,提出了一种基于自适应补偿的控制策略。从电机结构出发,分析了电机力矩波动产生的机理,建立了力矩波动的数学模型,提出了基于鲁棒自适应的控制策略。系统控制器由两部分组成:超前-滞后校正用于保证系统的名义稳定性和鲁棒性;自适应补偿控制则采用最小二乘法在线辨识力矩波动,并给予自适应补偿。实验结果显示:与仅使用超前-滞后方法相比,当采用自适应补偿时,速度波动的峰-峰值由4.21%下降到1.77%,均方根值由0.97%下降为0.39%,得到的结果说明提出的方法能够有效降低电机力矩波动对速度稳定度的不利影响。     

自重作用下气浮台伞型平台结构的有限元分析

根据刚体姿态运动理论和弹性力学薄板弯曲理论,利用有限元法对在水平位置及旋转一定欧拉角时气浮台平台由于重力作用而产生的最大弹性变形及质心弹性位移进行了计算。对变形结果分析表明平台质心弹性位移及变形与偏航角无关,平台壳体的弯曲刚度及侧面斜梁的刚度度直接影响到平台的质心弹性位移。提出了减小平台质心偏移的措施。     

气体静压轴承的计算机辅助设计

将VB编程语言应用于气体静压轴承的工程计算及参数的优化设计，以获得合理的结构参数。用VB编写的设计软件使用方便快捷，大大提高气体静压轴承设计精度和效率。实现了设计自动化。     

高速径向气体静压轴承试验台的设计与分析

为了解气体轴承在高速旋转时的机理,运用动静压气体轴承设计的原则,设计一种新的气体轴承试验台。试验台主要包括驱动装置、加栽装置、测试环节、减振结构和主轴部分,针对几个主要部分做了详细的说明,并选用了恰当的传感器测出在主轴旋转时流场内的间隙值和压力值。经过实验验证,该系统可以很好地满足实际稳定性要求。     

Prediction and compensation of motion accuracy in a linear motion bearing table

In the present research, a corrective machining algorithm is introduced to improve the motion accuracy of linear motion bearing tables. The algorithm commences with reverse analysis, in which the rail form error is estimated from the measured linear and angular motion errors. In the next step, the rail is remachined to reduce the estimated form error. Then, the motion errors are measured again, and the procedure is repeated until the measured errors are sufficiently small. A transfer function, which represents the bearing force variation of a bearing block with respect to the spatial frequency components of the rail form error, is used to describe the characteristics of the linear motion bearings. Computations are carried out via the Hertz contact theory. From the theoretical evaluation, it is evident that the magnitude of the normalized transfer function quantitatively represents the accuracy averaging effect at each spatial frequency and that motion errors are not affected by the preload and the stiffness of the bearings. It is also clear that the algorithm can be used to estimate the equivalent rail form error in terms of motion errors. As a practical application, the algorithm is utilized to improve the motion errors of an XY table with linear motion bearings. The experimental results show that the motion accuracy of a linear motion bearing table can be improved to about 1 μm of linear motion error and about 1-2 arcsec of angular motion error by applying the proposed algorithm.     

基于延迟补偿的永磁同步电机并行自抗扰控制

为了解决永磁同步电机在多工况下转速易受到内外扰动的影响,提出一种基于延迟补偿的并行线性自抗扰控制策略。 针对永磁同步电机可能受到信号处理、逆变器响应等因素从而引入的外部时滞效应的问题,引入 Smith 预估器与自抗扰控制相 结合,使控制系统更加精确、快速地响应内部参数变化和外部扰动。 同时,针对线性自抗扰控制器(LADRC)在有限带宽内其抗 扰性能较差的问题,设计了并行线性自抗扰控制器,在保持其带宽不变与参数易于整定的同时,有效提高其抗扰动能力。 最后, 对自抗扰控制器的稳定性进行了分析,并在此基础上进行了参数设计与扰动性能分析。 仿真与实验结果表明,所提算法相比 LADRC 在电机受到速度阶跃、负载扰动与内部参数变化时,在调整时间上分别提升了 52. 5% 、49. 5% 与 42. 4% ,从而验证了该 控制策略能有效增强永磁同步电机在多工况下抗内外扰动与速度跟踪能力。     

导引头稳定平台弹性干扰力矩分析与优化技术

为降低导引头稳定平台运动过程中,与其相连接的线缆和管路随之运动产生的弹性干扰力矩,以弹性细杆非线性力学理论为基础,对稳定平台所属的运动线缆和管路进行建模与仿真分析。在仿真分析的基础上,提出弹性干扰力矩的精确计算方法,并将其应用于线缆虚拟布线设计中。以弹性干扰力矩的仿真计算结果为判据,对线缆布局设计进行优化。通过实验验证,表明该方法可以有效地将弹性干扰力矩限制在允许的范围内,进而提高制导精度。