摩擦加载式电液负载模拟器力矩加载实验

为研究加载结构对摩擦加载式电液负载模拟器力矩加载性能的影响,介绍该负载模拟器的加载原理,搭建单向摩擦加载式电液负载模拟器实验样机.建立该负载模拟器的线性数学模型;设计PID+前馈的控制器,在提高控制精度同时避免引入多余力矩抑制补偿;实验研究弹簧刚度、摩擦盘摩擦性能等对力矩加载性能的影响;着重研究该负载模拟器在强舵机干扰条件下的小幅值力矩加载性能.实验结果表明:摩擦加载式力矩加载方法在结构上不存在多余力矩,能够获得高性能的力矩加载结果.优化弹簧刚度,选用摩擦性能优良的摩擦盘材料,以及设计高性能的控制器均可以提高力矩加载性能.     

一种新型摩擦电液加载系统的设计与验证

为解决传统负载模拟器受到被加载对象运动干扰的问题,提高实验室环境下负载模拟的精度,提出用执行机构或伺服驱动系统带载测试的摩擦电液加载方案.分析传统电液负载模拟器加载性能受被测试设备运动干扰的影响,设计一种基于摩擦加载的主动式电液力矩伺服加载系统.根据加载原理,建立摩擦加载系统的数学模型,分析数学模型结果表明,理想情况下摩擦加载方案不受被加载机构运动的影响.鉴于实际过程中系统存在多种变化参数,特别是具有不确定性和时变性的摩擦,仿真分析摩擦因数变化时摩擦电液加载系统的加载性能.仿真结果表明:传统电液负载模拟器受被测试设备运动影响很大,使得传统电液负载模拟器性能很难进一步提升;相对被动加载的传统模拟器性能,尽管摩擦因数会受相对运动、负载压力和温度等因素的影响在一定范围内变化,但摩擦电液加载系统仍能保持较高的力矩模拟精度.     

ETLS干扰力矩抑制及加载性能改善方法

本文研制了ETLS的实验样机,建立了考虑加载系统摩擦非线性的ETLS综合数学模型。本文研究舵机系统位置扰动造成的多余力矩干扰问题,提出基于舵机系统输出角速度的前馈补偿控制进行抑制;考虑到加载系统的摩擦非线性问题,本文采用基于死区逆的方法进行补偿。接着,本文在力矩加载中存在幅值衰减和相位滞后问题上,采用基于最小均方差(least mean square error,LMSE)的幅相控制算法进行抑制以提高ETLS的加载性能,并提出基于Sigmoid函数变步长LMSE的幅相控制算法减小算法中收敛速度和稳态精度对步长需求相互矛盾,以提高算法整体改善。最后,通过仿真和实际实验,验证本文干扰力矩抑制和加载性能改善方法的有效性,在0.5 Hz和5 Hz频率下,基于本文方法的跟踪精度分别提高了87.0%和64.9%。     

利用基于同步补偿的角速度差值克服多余力矩

分析了电液负载仿真中载过程中多余力矩的产生机理及其特点,在对电液负载仿真台的多余力矩进行同步补偿的基础上,提出了利用同步马达和加载马达的角速度差值进行前馈补偿方案,以实现对多余力矩的二次补偿。严格推导出了同步补偿后的加载系统的数学模型并对同步补偿系统和前馈控制器进行了设计。     

基于模型参考自适应控制的舵机加载系统研究

电动负载模拟器可以模拟飞行器飞行过程中舵机承受的铰链力矩,是舵机测试和半实物仿真的关键设备之一。根据电动负载模拟器的组成及工作原理,建立了被控对象的参考模型,基于Narendra模型参考自适应控制理论,设计了力矩控制的模型参考自适应控制系统,在考虑舵机较大阶跃扰动的情况下,对加载系统进行了数字仿真,结果表明模型参考自适应控制方法将加载系统带宽从20 Hz提高到30 Hz,实现了电动负载模拟器的快速、高精度控制,验证了该控制策略的有效性。     

船用大功率减速器封闭试验台加载装置

为解决船用大功率减速器传动效率试验台形成封闭功率流的问题,实现在高速转动的转子内部动态施加力矩,提出了一种新型串入式力矩加载装置的设计方案.设计了由永磁直流电机驱动,谐波减速机构和行星轮系串联的两级减速装置,通过轴端集流环对转子内部加载装置提供电能,在加载装置封闭端之间产生大力矩,保证了试验台在高速转动下实现动态加载.以80 000 N.m施载力矩为例,研究了加载装置的反程自锁性和加载装置的能耗问题,并对加载装置进行了动态试验,通过试验结果,确定了加载装置的动态加载理想区域,验证了此加载方法的可行性.     

绳传动型舵机反操纵负载模拟器

基于大扭矩、大加载梯度、高精度等加载指标,开展了舵机抗反操纵负载能力研究.首次提出基于绳传动的曲柄-压簧构型方案,相比于传统平面四连杆型方案,其具有传动效率高、数学模型简单、动态响应快、无工作死点、安装方便等优势.经仿真分析,模拟器静态加载误差不大于0.67%,相比于滑块固定状态,滑块随动状态可显著提高加载精度;模拟器动态加载误差不大于6.17%,当加载梯度较小时,宜选用刚度相对较低的压簧,以提高动态加载精度.最后,开展了反操纵力矩标定试验并采用最小二乘法修正,加载偏差可控制在1%以内.研究成果对于飞行器用舵机的大扭矩反操纵负载研究具有重要参考价值.     

正弦BLDC电动机力矩性能分析

利用Ｐａｒｋ变换,根据ｄ－ｑ坐标系下正弦ＢＬＤＣ电动机的力矩公式,分析了正弦ＢＬＤＣ电动机的力矩波动,导出了定子三相电流存在直流偏置、幅值误差和相位误差导致的力矩波动成分表达式。实验样机,对有直流偏置、幅值误差和相位误差的电动机定子绕组电流对应的力矩波动情况进行了测试,分析了力矩波动成分与电动机参数的关系,理论分析与实验结果的对比为正弦ＢＬＤＣ电动机的力矩波动抑制提供了依据。     

基于次加载面摩擦模型的接触面剪切特性研究

为了反映土与结构接触面的应变软化特性以及剪切速率对土与结构接触面力学特性的影响,基于ABAQUS软件提供的FRIC子程序,采用显式积分算法,对能够表现接触面上应变软化的次加载面摩擦模型进行二次开发. 利用该模型模拟土与结构接触面的直剪试验,研究直剪试验过程中次加载面摩擦模型接触面上的应力演变过程. 研究结果表明,利用次加载面摩擦本构模型,能够较好地模拟土-结构接触面直剪试验中的应变软化和密实状态的类砂土残余切应力随剪切速率的增大而下降的现象. 在剪切位移的发展过程中,次加载面摩擦模型接触面上的切应力先增加后减小,接触面远离加载端一侧到另一侧的应力发挥水平先后达到最大值. 该研究表明,次加载面摩擦模型可以用于土与结构接触面的应变软化特性和速率相关性的模拟.     

伺服加载的谐波减速器启动力矩测试系统

为了实现航天用谐波减速器启动力矩的自动化测量,利用高精度光电式扭矩传感器,基于伺服加载方式开发了一套量程为0~0.07N·m、精度优于±1.0×10~(-3)N·m的谐波减速器启动力矩测试系统。伺服电机工作在力矩模式下,用于缓慢增大施加于对被测件上的驱动力矩;高精度扭矩传感器串联在伺服电机与被测件之间,用于实时测量作用于被测件的驱动力矩;将被测件开始连续转动时的驱动力矩作为被测件的启动力矩。最后,完成了测试系统的详细设计、精度分析及试验验证。研究结果表明:本文开发的测试系统可以实现谐波减速器启动力矩的自动化测量,并具有较高的测试精度。     

大型单立柱双面广告牌风荷载及风振响应分析

大型单立柱双面广告牌的风致破坏时有发生,为研究其在强风下的破坏机理,完善大型户外广告牌结构的抗风设计,本文以典型的双面广告牌结构作为对象开展了两类模型风洞试验.首先通过刚性模型的面板测压风洞试验,分析了上部结构平行面板方向、垂直面板方向和扭转荷载的风力系数随风向角变化规律,针对最不利工况,给出了沿面板长方向风压分布及整体结构风力系数,以及垂直面板方向和扭矩风荷载功率谱的建议公式;通过气动弹性模型的高频天平测力风洞试验,研究了双面柔性广告牌的基底力响应.综合静力刚性测压和动力气弹响应两阶段试验结果,给出双面广告牌垂直面板方向和扭转风振响应的理论计算方法.计算表明:对垂直面板方向风荷载的理论计算,荷载谱需考虑气动导纳函数的影响,对于扭转荷载谱,主要为湍流和漩涡脱落激励的贡献.气动阻尼对结构共振响应的影响非常显著.利用理论方法计算的风振响应与气弹动力试验的结果吻合良好,可用于户外广告牌风振响应的计算.     

钢板弹簧动态力建模

为在汽车动态仿真中建立精确的板簧悬架模型,进行了钢板弹簧的变形-动态力试验,分析加载频率及幅值对动态力的影响。将钢板弹簧动态力分解为静态弹力及动态干摩擦力,由此建立基于力控阻尼器干摩擦的一般钢板弹簧动态力模型。通过处理动态加载钢板弹簧动态力试验数据,对比分析本文模型与HSRI模型的表达精度。研究一般模型中动态参数与变形历程的关系,提出汽车动态仿真用钢板弹簧动态力模型并辨识了模型参数。研究表明:本文模型可精确描述钢板弹簧动态力特性,独立表达的钢板弹簧干摩擦模型也可方便地用于整车多体建模。     

合金钢的高温单轴棘轮效应实验研究1.25Cr0.5Mo

利用MTS810电液伺服试验机在300℃温度下对1.25Cr0.5Mo合金钢进行了单轴棘轮效应实验研究,探讨了温度、应力幅值、应力峰值、平均应力以及加载历史对材料棘轮效应的影响.以0.1%/s及0.2%/s两种不同的应变加载速率分别对材料进行单轴拉伸实验,结果表明1.25Cr0.5Mo合金钢在所研究的温度范围内的变形行为是率无关的;在0.4%应变幅值下进行了单轴应变循环实验,响应应力幅值随循环次数几乎没有变化,可视为循环稳定材料;单轴棘轮效应实验表明棘轮应变速率随平均应力、应力幅值及温度的升高而增大;棘轮变形依赖于加载历史,先前较大的循环应力对后继较小的循环应力下的棘轮变形起抑制作用.     

电磁换能器加载效率的优化设计与仿真

针对传统的电磁超声换能器导线与铝板间由于集肤效应导致加载效率较低这种情况,设计了一种改造电磁超声加载线圈和整体结构的新型电磁超声加载装置。基于有限元仿真软件,分别建立传统与新型的电磁超声加载器的有限元分析模型,并对其激发过程进行仿真,将两模型所得仿真结果 (铝板内洛伦兹力,交变电流密度)进行分析对比。得出结论:新型的电磁超声设计能够显著提高加载效率。     

汽车EPS电液伺服加载系统

汽车EPS电液伺服加载系统是进行汽车EPS测控系统性能试验的关键设备。为了获得较好的控制性能和加载精度，通过对汽车EPS电液伺服加载系统进行结构设计及模型建立，根据助力特性给出了加载的规律，并对系统进行了PID控制。Simulink仿真结果表明该方法的可行性，系统设计符合要求，能够有效地改善系统的加载性能。     

风电机组传动链地面测试系统载荷模拟技术

提出风电机组传动链地面测试系统载荷模拟技术. 论述风电机组地面传动链测试系统,对拖动实验下叶轮的转动惯量进行计算,分析总结3种主要的非扭矩五自由度加载结构方案：对称加载方案、径向偏心加载方案与并联六液压缸加载方案,论述方案的加载原理,并构建3种方案的载荷求解方程. 为了进一步模拟风电机组六自由度的载荷,根据对称加载方案原理设计搭建100 kW风电机组传动链测试系统加载实验台,实验对非扭矩五自由度载荷进行了精确复现,验证了非扭矩五自由度加载技术的可行性与合理性,再结合对风力转矩载荷的模拟技术,实现了对风电机组六自由度载荷的完整模拟.     

半球底筒形件充液拉深加载路径优化研究

针对半球底筒形零件充液拉深过程中悬空区形成的"软拉深筋",通过理论分析、数值模拟和工艺试验对与半球成形阶段直接相关的液压加载路径进行优化研究.理论推导得出液压载荷加载范围,并以其为基础进行多种加载路径条件下的数值模拟,获得不同加载路径对破裂关键点的壁厚及应变的影响规律,结合试验确定了合理的液压加载路径.结果表明:零件半球部分成形过程中破裂关键点在优化的加载路径条件下既可产生必要的有益摩擦,改善成形过程的应力应变状态,又可避免破裂关键点的过度减薄,提高了零件壁厚分布的均匀性和成形极限.