轴对称推力矢量喷管喉道面积的精度分析与补偿

研究运用控制补偿系统对轴对称推力矢量喷管喉道面积精度补偿的问题。建立喉道正逆运动学模型;考虑机构的加工误差、输入误差以及铰链间隙误差的影响,进行喉道的精度分析;依次运用开环逆模控制及单神经元PID加逆模前馈控制设计控制补偿系统,实现对喉道面积精度的补偿,运用仿真测试的方法验证了后者对喉道面积精度补偿效果更佳。经控制系统补偿后,喉道面积的偏差不大于1%,对轴对称推力矢量喷管的精确控制及补偿控制器的研发提供了一定的理论基础。     

三环驱动轴对称矢量喷管喉道逆运动学建模

三环驱动推力矢量喷管是一种收-扩式轴对称推力矢量喷管,针对某三环驱动轴对称推力矢量喷管,利用拆杆法和相对转角法建立了轴对称矢量喷管喉道面积调节结构运动学模型,运用CATIA软件完成了轴对称矢量喷管各零件的建模和虚拟装配,并将装配体导入到ADAMS软件中进行仿真,验证了结构设计的合理性和所建模型用于喉道面积控制的有效性。对三环驱动轴对称推力矢量喷管的优化设计及控制器的设计与应用提供了一定的理论基础。     

射流位置对喷管喉道倾斜矢量控制方案的影响分析

利用RNG k-ε湍流模型,采用局部网格加密技术,求解三维N-S方程对某型二元喷管喉道倾斜矢量控制时的全流场进行了数值模拟.研究表明在小扩张比、短扩散段喷管上,采用喉道倾斜矢量控制方案主流可以实现亚音速偏转.采用三维曲面生成法分析了调整喉部射流位置和扩张段射流位置对喷管流场的影响,计算表明喉部射流位置越接近喉部,扩张段射流位置越靠近喷口,产生的推力矢量越大.     

基于三环驱动的轴对称矢量喷管运动学与力学分析

基于三环驱动的轴对称矢量喷管,其喉道面积影响飞机发动机性能,所以准确调节其面积显得尤为重要。因此,为达到更好的膨胀比和准确调整其喉道面积,就此轴对称矢量喷管进行运动学分析,建立运动学模型,将分析计算结果与实际运动进行比较,得到较高的吻合度,反映了此运动学分析的正确性。轴对称矢量喷管在发动机推力作用下做变载荷运动,所以必须对轴对称矢量喷管进行力学分析,力学分析对轴对称矢量喷管的结构设计与强度校核有一定的指导作用。     

火箭喷管三维运动测试的校准装置及误差分析

火箭发动机喷管三维运动参数的测试是对其精确控制的前提,其校准装置是保证测试精度的关键.本文提出了一种能够直接模拟火箭喷管实际运动并提供标准的位置和运动参数的校准装置,用于火箭喷管三维运动测试的静态和动态校准.在分析火箭喷管运动的基础上,设计了一种新型校准装置的结构.该装置主要由基座、升降台、摇摆台以及喷管标准件组成;具有三个自由度,分别为绕X轴和Y轴的摆动,以及Z轴方向的直线移动.应用多体系统运动学误差理论推导了几何误差源影响校准装置的指向误差和摆心位置误差的公式,分析了几何误差的来源.通过仿真得出了指向误差和摆心位置误差在喷管摆动范围内的分布,指出为满足校准精度,对指向误差影响较大的垂直度误差应控制在15″之内,对摆心位置误差影响较大的相交度误差应控制在80 μm以内.     

轴对称矢量喷管喉道运动学精确建模研究

轴对称矢量喷管中喉道面积大小影响战斗机的喷管性能,研究通常是以收敛调节片末端的内切圆表示其面积,该种表示在调节片数量不同的情况下导致存在不同程度的误差,不利于进一步进行定量分析。首先研究了喉道截面多边形的变化规律,建立了精确的喉道面积计算通用表达式;其次结合凸轮反转法和坐标转换,推导了适用于一般曲线截面的凸轮滚子喉道控制的运动学模型;最后建立实际算例,进行数值计算和虚拟仿真的验证。研究表明,数值计算与虚拟仿真结果吻合度较高,最大相对误差为0.79%,说明建立的运动学模型正确反映了喉道的运动规律。     

一度故障模式下推力矢量控制系统定位精度研究

以某型运载火箭前支点柔性喷管位置伺服系统为研究对象,分析了喷管全轴摆动条件下俯仰、偏航通道作动器的运动牵连问题。结合工程经验,介绍了推力矢量控制系统的解耦控制及位置反解、正解算法求解方案,分析了运动求解算法的工程实现方案。在此基础上,探讨在伺服电机极性反向的一度故障模式下,通过优化调整系统位置反解、正解运动控制算法,解决系统的运动学解耦和运动精度控制问题。试验结果表明,优化算法后的推力矢量控制系统具有良好的喷管姿态角控制精度,保证了产品的研制配套周期,具有较高的工程应用意义和参考价值。     

冷态轴对称矢量喷管非矢量状态运动学研究

轴对称矢量喷管是一种机械收扩式推力矢量喷管。首先,应用解析几何法对冷态轴对称矢量喷管非矢量状态进行了A8喉道和A9喷口面运动学精确建模。其次,通过构建三维实体、ADAMS与MATLAB数据交换,对模型进行了动态仿真分析,验证了结构设计的合理性以及所建模型用于控制喷口面积的准确性。研究结果表明:喷口面积绝对误差最大值仅为-3.7 mm~2,相对误差均值为-0.045%,说明所建立的数学模型能为轴对称矢量喷管控制及仿真提供准确的理论依据。     

3RPS并联机构的运动学误差建模及其分析

为了提高XYZ-3RPS六轴卧式混联机床的运动学精度,建立了3RPS并联机构的运动学参数误差模型。首先对3RPS并联机构的几何误差源进行了分析。然后基于闭环矢量微分法建立了3RPS并联机构包含铰点位置误差、转动副轴线方向误差、驱动支链零位杆长误差等27项结构参数误差对末端位姿误差的映射模型。最后设计了仿真实验,利用ADAMS的虚拟样机技术,获取机构实际末端位姿误差。通过与误差模型的结果对比,验证了所分析的27项结构参数误差设定值在（0.1～0.2）mm的范围内,误差模型的位置误差求解精度大于0.01mm,姿态误差求解精度大于0.01°。进一步的数值验证表明,误差模型的精度会随着结构参数误差值的减小而显著提高,为3RPS等少自由度并联机构的误差建模和运动学标定提供理论依据。     

缩比验证机轴对称矢量喷管设计与验证

在某缩比验证机推力矢量系统研制中,首先采用两套电动舵机驱动的连杆机构的设计方案,实现了矢量喷管的轴对称偏转.通过分析矢量喷管偏转过程中作动机构受力关系和运动关系,得到舵机需提供的最大扭矩与最大铰链力矩的关系.分别采用工程估算和CFD数值模拟两种方法对矢量喷管偏转产生的铰链力矩进行了计算.通过地面试验和飞行试验验证了所研制的轴对称推力矢量系统满足工程应用要求.     

一种新型3-RPC柔性精密平台设计与分析

基于3-RPC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-RPC柔性精密平台模型,并在初始构型的基础上对移动副、圆柱副、连接运动副的连杆等进行结构的优化设计,然后采用有限元法对相同尺寸的初始构型和优化后构型进行静力学分析;采用齐次变换法,建立该机构位置正反解表达式,得到柔性精密平台压电陶瓷驱动的柔性移动副输入与上平台微位移输出之间的关系,并进行有限元软件的加载试验,验证正、反解结果;根据设计原理,得出该精密平台的原理误差,计算出功能方向与非功能方向的位移误差,同时对比输出位移和误差大小,用有限元法验证理论分析结果的正确性。研究结果表明柔性精密平台具有运动解耦,结构紧凑,控制方便的特点,具有较好的应用前景。     

水压人工肌肉驱动喷水矢量推进系统设计与试验

传统喷水矢量推进系统的驱动器存在密封困难、易腐蚀、使用寿命短、结构复杂等问题。为了解决这些问题,开发了水压人工肌肉驱动的喷水矢量推进系统。基于水压人工肌肉调节关节转角的驱动方式,对二自由度喷水矢量推进系统进行设计,并建立水压人工肌肉工作压力与喷嘴偏转角度的对应关系,先后进行了喷嘴矢量调节试验和水下自航试验。喷嘴矢量调节试验结果显示,当人工肌肉压差分别为0.310,0.614,0.898,1.158,1.386,1.584 MPa时,喷嘴实际偏转角度为13.56°,21.66°,33.24°,44.21°,52.80°,56.88°,试验结果与理论计算结果平均偏差为10.8%。水下自航试验表明,水压人工肌肉作为驱动器不仅能够满足喷嘴偏角矢量调节的要求,同时能够实现喷水矢量推进机器人的矢量运动,为研发能耗低、结构紧密的水下智能装备提供了新的思路。     

6UPS并联机构静态误差的矢量法标定

分析了不同误差对并联机构的影响，通过对机构进行位姿误差分析，建立了采用并联机构运动学反解模型的矢量法误差求解模型；研究了常用的机构标定方法及相应的测量工具，使用激光干涉仪完成了误差测量实验，并按照矢量法误差模型对测量结果进行了分析计算，使用多组姿态数据的不同组合进行误差计算，并对误差影响区域及区域重心进行拟合处理，获得了优化的机构静平台、动平台铰链的位置误差数据。使用位置误差数据可以获得更好的补偿效果。     

基于扰动观测器的SCARA机器人运动误差补偿控制设计与仿真

在外界干扰下,为获得SCARA机器人的高精度运动控制,对机器人建立运动学模型,通过设计一种带扰动观测器的PID控制系统,对机器人运动过程中不可测项进行在线观测和补偿,然后运用MATLAB与ADAMS对提出的控制系统进行联合仿真研究。结果表明,相比常规的PID控制系统,该控制系统能够降低机器人手臂跟踪误差,实现良好的轨迹跟踪效果。     

三轴离心机模型的运动学建模及运动耦合分析*

为了满足推力矢量技术的发展需求,研发设计能够提供高加速度变化率的离心机具有重要的研究意义和应用价值。针对上述技术需求,设计三轴离心机模型,采用复合运动和矩阵旋转两种方法建立系统的运动学模型。基于复合运动分析方法建立的模型清晰地给出绕各转轴的角速度和角加速度对加速度载荷的贡献量以及各运动量之间的耦合关系。矩阵旋转法建立的模型可以充分借助Matlab在矩阵运算方面的优势,方便地模拟运动过程中关键点的位移、速度、加速度随时间的变化情况。两种方法建立的模型是该类离心机开展离心试验时运动参数设计的基础。     

Study on the response surface model of machining error in internal lathe boring

To achieve high quality and precision of machining products, the machining error must be examined. The machining error, defined as the difference between designed surface and the actual tool, is generally caused by tool deflection and wear, thermal effects and machine tool errors. Among these error sources, tool deflection is usually known as the most significant factor. The tool deflection problem is analyzed using the instantaneous cutting forces on the cutting edge. This study presents a model of the machining error caused by tool deflection in the internal boring process. The machining error prediction model was described by the surface response method using overhang, feed per revolution and depth of cut as the factors for the analysis. The least square method revealed that overhang and depth of cut were significant factors within 90% confidence intervals. Analysis of variance (ANOVA) and residual analysis show that the second-order model is adequate.     

一种单自由度对称驱动导向及转换的微动回转机构

基于柔性铰链的传动及导向原理,提出一种单自由度对称驱动、导向及转换的直线转换为回转的微动回转机构;机构具有中心对称性,通过铰链对压电致动器的微动直线运动进行导向,将直线运动转换为回转运动,平衡转换过程中产生的横向力及力矩;在建立机构运动学模型的基础上进行运动学分析,推导机构的直线运动输入Δu与回转运动输出Δθ的函数关系;运用有限元法对机构的转换性能进行仿真分析;试验检验该机构的转换性能,试验结果与机构运动学解析误差为8.0%,与有限元分析误差为6.2%;试验表明该机构的运动平稳、线性好,其线性度不小于0.998。运动学分析、有限元仿真及性能试验结果对比验证微动回转机构直线-回转运动转换的准确性及高线性度。本研究具有重要的应用价值。     

形状记忆合金驱动的仿人腕关节机构理论与运动控制

为提高仿人腕关节的运动性能,设计了一款形状记忆合金驱动的仿人腕关节样机,采用拮抗驱动方式实现对仿人腕关节的位置控制,并在相关理论和仿真分析的基础上,通过实验证明该系统模型具有一定的精度。通过样机运动控制实验,研究了拮抗驱动方式对系统运动性能的影响。结果表明,在拮抗驱动方式的不同频率信号跟踪实验中,对于单向正弦信号,跟踪误差最小为[-0.5°, 1°],最大为[-1.5°, 1.5°];对于双向正弦信号,腕关节能实现双向连续偏转,且当信号频率为1/15 Hz时,位置误差均小于[-1.5°, 1.5°]。相比于采用单根形状记忆合金丝驱动,拮抗驱动方式有利于提升位置控制精度和双向偏转能力。     

A control strategy with motion smoothness and machining precision for multi-axis coordinated motion CNC machine tools

The advanced manufacture technology requires that multi-axis coordinated motion computer numerical control (CNC) machine tools have the capability of high smoothness and high precision. At present, the study of the motion smoothness mainly concentrates on the acceleration and deceleration control method and the look-ahead process of velocity planning in the interpolation stage. The control strategy of the contouring error mainly focuses on tracking error control, cross-coupling control, and optimal control. In order to improve the motion smoothness and contouring precision for multi-axis high-speed CNC machine tools, a multi-axis modified generalized predictive control approach was presented in this paper. In the control strategy, the estimation models of tracking error, contouring error, velocity error, and acceleration error were structured separately. A new improved quadratic performance index was proposed to guarantee the minimum of these errors. Generalize predictive control was also introduced, a multi-axis generalized predictive control model was deduced for motion smoothness and machining precision for multi-axis coordinated motion CNC system, and an approved multi-axis generalized predictive controller based on the model was designed in this paper. The proposed predicted control approach was evaluated by simulation and experiment of circular, noncircular, and space line trajectories, respectively. These simulative and experimental results demonstrated that the proposed control strategy can significantly improve the motion smoothness and contouring precision. Therefore, the new position control method can be used for the servo control system of multi-axis coordinated motion CNC system, which increases motion smoothness and machining precision of CNC machine tools.