导引头伺服机构谐振频率与去耦精度分析

论文摘要

导引头伺服机构用于为光电探测器提供惯性稳定的物理平台,是导引头系统的核心部件之一,其动态性能的优劣直接影响着导引头系统的整体性能。随着末制导导弹对飞行速度、制导精度等要求的提高,导引头伺服机构的工作环境越来越严酷,对伺服机构的动力学特性和去耦精度提出了更高的要求。针对此背景,本文从伺服机构的谐振频率和去耦精度两个方面展开研究工作。针对目前导引头伺服机构谐振频率低和去耦精度低的问题,研究了运用动力学理论、控制理论与集成仿真技术相结合开展导引头伺服机构谐振频率和去耦精度分析的思想。通过对红外导引头的整体构成与工作原理进行细致研究,建立简化伺服机构的数学模型,得出了导引头伺服机构的谐振频率和振动形态。分析转动惯量和扭转刚度对谐振频率的影响程度,讨论了提高谐振频率的途径和影响伺服机构谐振频率的关键点。建立导引头伺服机构的简化虚拟样机,分别对转动惯量、扭转刚度、线性摩擦和载荷安装的偏心对谐振频率的影响进行仿真分析,得出了影响伺服机构谐振频率的关键部件和关键点,验证了数值计算和虚拟样机仿真分析的一致性。研究伺服控制系统的去耦精度理论,建立了伺服机构电流回路和速度回路的控制模型,并对速度控制器进行设计,通过改变控制器参数提高了伺服系统的去耦精度。综合运用控制系统仿真软件MATLAB/Simulink与虚拟样机软件ADAMS进行了去耦精度的虚拟样机联合仿真分析。论文所研究的谐振频率分析方法和去耦精度分析方法,为开展伺服机构的结构与控制的综合优化设计提供理论分析和计算依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源与研究意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 机械系统动态特性分析技术
• 1.2.2 伺服系统的去耦控制
• 1.2.3 导引头伺服机构发展趋势和问题
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 导引头伺服机构
• 2.1 导引头工作原理
• 2.1.1 导引头的功能
• 2.1.2 导引头的工作状态
• 2.2 导引头伺服机构
• 2.2.1 导引头伺服机构的主要组成及其功能
• 2.2.2 导引头伺服机构的特点
• 2.2.3 导引头伺服机构的基本技术要求
• 2.3 导引头伺服控制系统工作原理
• 2.3.1 导引头伺服控制系统的组成
• 2.3.2 导引头伺服控制系统的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 伺服机构的谐振特性分析
• 3.1 伺服机构动力学建模
• 3.1.1 伺服机构力学模型的简化
• 3.1.2 伺服机构动力学模型的建立
• 3.2 伺服机构振动形态分析
• 3.2.1 伺服机构刚度、惯量、传动比的计算
• 3.2.2 伺服机构振动形态分析
• 3.3 伺服机构谐振特性修改预测
• 3.3.1 结构修改分析理论概述
• 3.3.2 转动惯量修改对伺服机构谐振频率的影响
• 3.3.3 刚度修改对伺服机构谐振频率的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 伺服机构的动力学特性仿真分析
• 4.1 虚拟样机技术
• 4.1.1 虚拟样机技术的概念、特点与应用
• 4.1.2 机械系统虚拟样机建模要点
• 4.2 伺服机构虚拟样机建模
• 4.2.1 虚拟仿真试验方法
• 4.2.2 虚拟样机建模
• 4.3 虚拟样机的仿真与分析
• 4.3.1 刚度变化对谐振频率的影响
• 4.3.2 转动惯量变化对谐振频率的影响
• 4.3.3 线性摩擦对谐振频率的影响
• 4.3.4 偏心对谐振频率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 伺服机构的去耦精度建模与分析
• 5.1 去耦精度概念
• 5.2 稳定回路的控制模型
• 5.2.1 导引头伺服系统的电流环传递函数
• 5.2.2 导引头伺服系统的速度环传递函数
• 5.2.3 稳定回路的动态特性分析
• 5.3 稳定回路虚拟样机的联合仿真
• 5.3.1 伺服机构去耦精度的联合仿真方法
• 5.3.2 去耦精度的联合仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要工作与创新点
• 6.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表的论文