基于键合图的含移动铰机电耦合系统动力学建模与仿真

针对含有移动铰的机电耦合系统动力学建模与仿真问题,提出了相应的键合图法.基于平面移动铰的运动约束条件,阐述了建立平面移动铰键合图模型的一般方法及其动力学原理.在考虑混合因果关系情况下,推导出便于计算机自动生成的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式,实现了含移动铰机电耦合系统一体化建模与仿真,通过实例说明本文方法的有效性.     

基于键合图和Simulink的轧机主传动系统的建模及应用

键合图理论是一种可以同时处理多种能量范畴工程系统的动态建模与分析方法。它以一种向量的形式给出了复杂系统的简单描述。键合图理论结合Matlab/Simulink仿真软件对轧机主传动系统进行了机电耦合的建模及动态仿真。可以直观地表达系统的功率流向和控制关系,能够对轧机主传动系统进行有效的动态性能仿真。解决了传统的动力学分析方法仅限于单一的机械系统,无法以统一的方式在计算机上实现机电系统动力学建模与仿真的问题。     

固体火箭发动机药柱整形装备机电耦联动力学建模与计算

机电耦联系统动力学系统是典型的多输入、多输出、非线性、强耦合、不确定性系统.机电耦联系统动力学的建模与计算对于深入研究机电一体化装备整机动力学性能,改善控制精度等方面具有重要意义.据此,针对固体火箭药柱整形装备主轴部件2自由度机电耦联系统,运用Park变换推导该系统基于伺服电动机dq0坐标系的拉格朗日-麦克斯韦方程,建立包括机构、伺服电动机和控制器的系统微分方程组.该机电耦联动力学建模方法不需测量电动机的磁路尺寸,只要测量电动机dq0坐标系绕组电感和永磁体磁链的幅值就可直接列出微分方程,推导简洁高效,便于应用.动力学微分方程求解采用稳定性较好、数值精度较高的Hamming方法实现方程组高效的求解.仿真结果证明动力学微分方程推导正确,求解高效.     

并联机构机电耦合动力学计算

并联机构动力学模型是一个多输入、多输出、非线性、强耦合的复杂机电系统,目前还没有一个成熟的并联机构动力学建模和仿真计算方法.针对三自由度并联机构,建立了包括机械机构、伺服电机一体化的动力学模型.最后在设计好的运动平台轨迹下,计算了移动腿的位移、驱动电机的负载转距;分析了移动腿的误差.计算机仿真结果展示了控制器对机构位移和伺服电机转距良好的控制.     

基于键合图的平面凸轮机构动力学建模与仿真

针对含有凸轮机构的机电耦合系统动力学建模与仿真问题,提出了相应的键合图方法。基于凸轮机构的运动约束条件,阐述了建立平面凸轮机构键合图模型的一般方法,揭示了其所包含的动力学原理。在混合因果关系的情况下,结合现有的算法,实现了机电耦合凸轮机构系统一体化建模与仿真,通过实例说明文中方法的有效性。     

基于协同仿真的输弹机动力学建模与分析

以某自行火炮输弹机为研究对象,以建立能逼真反映其动力学特性的虚拟样机模型为方法。针对目前机电液耦合仿真常见方法中存在的不足,选择了适合于大型复杂系统耦合仿真的协同仿真方案。基于Pro／E和ADAMS建立的输弹机机电液耦合虚拟样机,较好地解决了机电液耦合、多碰撞变拓扑等建模难点,并通过VV＆A验证了虚拟样机的置信度,为复杂机电液耦合系统的动力学分析提供了有益参考。     

基于机电耦合的数控铣滚齿复合加工动力学仿真

数控机床机电耦合动力学模型是一个非线性、强耦合的系统,其建模与仿真技术是数控机床动态性能分析的难点,针对数控铣滚齿复合机床的垂直进给伺服系统,以三相永磁同步伺服电动机理论模型为基础,在ADAMS和MATLAB中建立包括伺服电动机、控制系统和机械系统的伺服系统机电耦合动力学模型,并对三环PID控制参数进行了整定。仿真结果表明,伺服驱动系统具有准确性、快速性和稳定性,在此基础上还分析了控制系统、机械系统和切削载荷对机电耦合系统动力特性的影响。     

进给系统机电耦合仿真建模与误差影响规律分析

由于各种原因引起的复杂机电耦合现象对机床进给系统的动态精度有着重要的影响。进给系统作为加工中心的重要组成部分，其动态特性会直接影响到加工中心的加工质量和效率，因此对于加工中心进给系统动态性能的要求也越来越高。为了研究进给系统机电耦合作用下的动态特性，同时对滚珠丝杠进给系统进行动力学建模与三环伺服控制系统建模，对进给系统动态响应误差影响规律进行分析。首先利用Simulink仿真工具建立进给系统的动力学仿真模型；接着在所构建的机电联合Simulink仿真模型中，综合考虑了系统三环控制参数、丝杠间隙、速度、加速度等因素对系统跟随误差的影响；最后通过所搭建的单轴伺服进给系统实验平台进行了验证，明确了速度、加速度与跟随误差的相关性。     

飞行器虚拟振动试验平台构建

针对用振动台进行飞行器振动环境试验时存在试验周期长、耗费高及易发生过试验或欠试验等问题,采用虚拟现实技术建立了飞行器虚拟振动试验平台.采用系统仿真软件LMS AMESim建立了电振动台正弦振动控制仪模型;通过多学科系统仿真软件LMS Virtual.Lab建立了振动台的多体系统动力学模型,进行了振动台多体动力学模型与电磁作动系统模型的机电联合仿真;实现了振动控制系统、电磁作动系统、振动台与试件机械系统的闭环仿真,构建了飞行器虚拟振动试验平台.利用该虚拟振动试验平台系统进行了盒式试件的正弦振动试验.结果表明,采用机电耦合建模方法构建的虚拟振动试验平台综合考虑了试件、振动台机械系统、控制系统及电气系统的耦合效应,可为飞行器的试前分析和虚拟振动试验提供试验环境.     

基于ADAMS平台的钢索系列物体建模环境的研究

ADAMS仿真分析钢索类子系统时,一个需要解决的关键问题就是钢索系列物体的建模.ADAMS本身有ADAMS/Flex和AutoFlex模块提供了对于大位移运动和小位移结构变形的相互耦合问题的刚柔体复合系统的建模环贩境,但这些都是基于动力学软件和有限元分析相结合基础上的,其实时的仿真计算不是很好.计算不够简便.为此,针对这一问题在ADAMS平台上研究分析了CMD语言建模、Bushing联结建模、Polyline建模以及替代建模四种柔性体建模方法.结合不同的仿真需求阐述了这四种建模方法的优缺点,开发了一种基于ADAMS平台的钢索系列物体的建模环境,并采用这种建模环境对船用吊装钢索子系统部分进行了动力学仿真.     

交流伺服精密驱动系统机电耦合精度分析

对交流伺服精密驱动系统进行动力学分析时,必须考虑系统的机电耦合影响,将伺服精密驱动系统简化成三质量两轴系统．运用传递函数法建立系统模型,提取了伺服系统中精密传动装置的耦合因素,包括传动刚度、传动误差、传动回差,通过对系统的仿真,分析了传动刚度和传动误差对系统精度和振动特性的影响,为进一步优化系统参数提供了依据、利用该建模方法,能够实现多子系统、多能域的机电系统的建模,对其它复杂机电系统同样适用。     

面向机电耦合振动抑制的电主轴系统匹配特性研究

电主轴系统存在复杂的机电耦合作用,若系统机电参数匹配不当,将引起机电耦合振动,导致系统稳定性下降,工件加工表面质量降低。利用将电动机与主轴系统机械特性分离的动力学分析方法难以对系统的机电耦合振动进行有效的分析评价,也难以实现系统机电特性的优化匹配。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法,利用所提出的方法研究磨削电主轴系统逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮机械参数对脉动转矩及定子电流频谱特性的影响,并在凸轮轴磨床上进行试验。揭示系统机电耦合振动的物理机制,提出通过优化逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮参数抑制机电耦合振动的方法。经理论与试验分析证实,通过优化逆变器工作参数可有效抑制机电耦合振动,提高系统匹配特性和磨削质量,从而证实所提出的基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法是有效可行的。     

基于随机共振的机械传动系统机电耦合振动检测方法

为提高机械传动系统机电耦合振动检测的准确性,设计基于随机共振的机械传动系统机电耦合振动检测方法。采用随机共振理论去除信号噪声,推导整个传动系统的运动学传动比;对耦合传动效率建模,求解主共振现象;计算外界激励频率,确定主共振解的幅频参数,并忽略各物理量的高次谐波,计算机械转速并确定混沌阈值;分析系统干扰情况,以此完成机械传动系统机电耦合振动检测。实验结果表明,所提出的振动检测方法具有较高的准确性。     

复杂机电系统耦合与解耦设计--现代机电系统设计理论的探讨

针对现代大型复杂机电系统的性能与运行状态多物理过程和多参数全局耦合结果的实,提出了对复杂机电系统进行全局耦合分析及合并行设计的基本思想,探讨了全局耦合分析与设计的基本理论框架,以其研究复杂机电系统功能,奇异工况的生成机制,实现,复杂机电系统的全局耦合最优设计。     

Characteristic of torsional vibration of mill main drive excited by electromechanical coupling

In the study of electromechanical coupling vibration of mill main drive system, the influence of electrical system on the mechanical transmission is considered generally, however the research for the mechanism of electromechanical interaction is lacked. In order to research the electromechanical coupling resonance of main drive system on the F3 mill in a plant, the cycloconverter and synchronous motor are modeled and simulated by the MTLAB/SIMULINK firstly, simulation result show that the current harmonic of the cycloconverter can lead to the pulsating torque of motor output. Then the natural characteristics of the mechanical drive system are calculated by ANSYS, the result show that the modal frequency contains the component which is close to the coupling vibration frequency of 42Hz. According to the simulation result of the mechanical and electrical system, the closed loop feedback model including the two systems are built, and the mechanism analysis of electromechanical coupling presents that there is the interaction between the current harmonic of electrical system and the speed of the mechanical drive system. At last, by building and computing the equivalent nonlinear dynamics model of the mechanical drive system, the dynamic characteristics of system changing with the stiffness, damping coefficient and the electromagnetic torque are obtained. Such electromechanical interaction process is suggested to consider in research of mill vibration, which can induce strong coupling vibration behavior in the rolling mill drive system.     

永磁直线进给系统多柔性体机电耦合动力学特性分析

针对高精度数控机床直接驱动进给系统动力学特性易受机械部件弹性变形、电气系统控制参数影响的特点,从机电耦合角度出发,用有限元法将永磁直线进给工作台进行柔性化,应用拉格朗日-麦克斯韦方程建立直线进给系统多柔性体的机电耦合模型。结合有限元分析软件ANSYS、动力学仿真软件ADAMS建立直线进给系统多柔性体的机电耦合仿真模型,并对系统进行动力学仿真分析和实验验证。结果表明,工作台柔性化更接近真实的工作情况;电气控制参数对系统动力学特性有显著影响。直线进给系统多柔性体机电耦合模型的建立可为直接驱动系统结构优化设计提供依据。     

Numerical and experimental investigation on electromechanical aileron actuation system with joint clearance

A closed-loop coupling model at the system-level is developed to analyze the effects of joint clearance on the dynamic responses of electromechanical aileron actuation system. The proposed model considers the coupling effects between the electromechanical actuator (EMA) control performance and dynamic characteristics of linkage mechanism with joint clearance. Besides, the experiments are conducted in a test rig, which verifies the effectiveness of the proposed closed-loop coupling model. The nonlinear contact force model and modified Coulomb friction model are adopted in the joint clearance of the linkage mechanism, and the influences of clearance size on the dynamic behaviors of electromechanical aileron actuation system are studied. The numerical and experimental results indicate that the novel closed-loop coupling model, considering the EMA control performance and dynamics of linkage mechanism with joint clearance at the same time, is an effective model to predict the dynamic characteristics of electromechanical aileron actuation with joint clearance, which provides a practical method to analyze the dynamic performance of electromechanical coupling multibody systems with joint clearance.

     

高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合动力学建模

针对高速电主轴系统具有复杂机电系统的特点,提出对高速电主轴系统进行机电耦合分析的观点。提炼并归纳了高速电主轴系统中存在的多物理过程、多参数耦合现象,给出高速电主轴系统全局耦合关系的框图。通过分析高速电主轴电动机—主轴子系统的结构及其耦合情况,得到了该子系统的机电耦合关系框图,并建立其物理模型。基于机电系统分析动力学理论,采用变分原理法,应用拉格朗日方程建立电动机—主轴子系统的电压方程和机械运动方程,将两组方程联立得到与该子系统物理模型相对应的数学模型,导出子系统的动力学方程,为进一步研究高速电主轴系统的机电耦合动力学性能提供理论基础。