基于多软件协同仿真的六自由度平台虚拟试验系统

提出了一种串联六自由度运动平台,根据该平台特点,在ADAMS动力学分析软件中搭建机械子系统模型,在AMESim仿真软件中搭建液压子系统及电机+滚珠丝杠传动模型,在Simulink中搭建末端控制对象期望运动位姿生成及解耦控制算法模型。通过分析各仿真软件间数据传输接口特性,建立以MATLAB软件为载体的动态数据共享通道,将ADAMS、AMESim模型分别以子模型及S函数形式导入至Simulink。从而建立基于Simulink为主仿真软件的机、电、液一体化的六自由度运动平台虚拟试验系统,实现平台的全面仿真分析,为平台实体设计与优化、控制策略选择等奠定基础。采用的基于MATLAB为主仿真软件的ADAMS、AMESim、Simulink联合虚拟试验系统创建方法对于复杂机、电、液一体化系统的仿真分析具有普遍的适用性。

六自由度压电微动平台测量系统开发

针对精密机械以及精密加工等领域需要纳米级的定位精度,开发出由三组二自由度高精度测量模组组成的六自由度压电微动平台。该平台通过NI软硬设备的有效整合,改变压电制动器移动量,调整微动平台六自由度实现定位。通过三组二自由度测量模组输出的二维光点坐标,测量六轴微动平台位移参数。同时对各模组的安装误差采用正角度补偿和雷射角度补偿,以满足平台高精度需求。经过综合测试表明,系统线性解析度达到10nm,角度解析度为0.1arcsec,系统位移跳动量0.022μm,角度跳动量为0.06 arcsec,能达到即时精确定位。

六自由度运动姿态模拟系统的研究

研究一种电液控制式六自由度运动姿态模拟系统 .通过对系统技术指标、结构特点和工作原理的分析和讨论 ,设计了六自由度摇摆台的机械结构、计算机控制系统 ;推导了摇摆台空间位置的逆解算法 ;将具有前馈的智能PID算法应用于对称阀控制非对称缸的位置伺服系统中 ,并进行了试验研究 ,其控制精度达到 0 .1m m以上 .摇摆台实际运行结果表明 ,该系统完全满足技术指标要求 ,同时具有承载能力大、控制精度高等优点 .

海洋核动力平台定位系统多体动力学模型试验验证

为验证海洋核动力平台定位系统多体动力学模型的合理性,从而提高该平台长期系泊的可靠性,本文采用多体动力学方法与缩比模型试验方法,对核动力平台定位系统进行建模与验证。基于定位系统多铰连接的拓扑结构,结合多刚体动力学理论,建立了定位系统的多体动力学仿真模型。搭建了定位系统1∶9缩比模型试验平台,并选取2种典型工况进行验证。研究结果表明:定位系统多体动力学模型计算的系泊腿受力与实验结果符合良好,平均误差在2%以内。算例分析发现,系泊腿受力循环次数主要集中在低幅值高均值区域。本文模型试验验证了所提出的定位系统多体动力学模型的可行性与正确性,能够为定位系统系泊能力的评估提供参考和借鉴。

极端海况下FPSO模块支墩的动态力学分析与试验研究

浮式生产储油卸油装置(floating production storage and offloading,FPSO)是集油气生产、存储及外输于一体的高度集成的模块化高端海洋工程装备,在南海的极端海况下其模块支墩的安全性和稳定性直接影响海上油气生产作业的安全。为此,基于水动力学分析和耐波性理论分析,研究在南海典型海域的极端海况条件下FPSO的运动响应规律,结合有限元方法对其整体模型进行动态力学分析,并进行模块支墩的强度分析和安全评价;采用相似理论设计了缩尺比为1∶10的试验模型,开展用六自由度平台模拟海况的模拟试验。结果表明:随着南海海况恶劣程度的提高,横摇运动幅值增大,模块支墩变形和受力增大,应力集中现象明显;应力主要集中在斜支撑肘板,其屈服强度符合标准要求;关键点ZD1-N3、ZD2-N4处最大应力测试值与仿真值的相对误差分别为16%,10%,验证了有限元动态力学分析结果具有较高的准确性;增加肘板筋板厚度和改善支墩结构是提高支墩结构强度的有效方式。研究为FPSO模块支墩的设计和建造提供了理论指导。

动平台光学测量设备跟踪性能检测技术

为了实现在地基条件下对动平台光学测量设备跟踪性能的检测与鉴定,提出了一种六自由度检测靶标及检测方法。采用旋量指数积法以全局的方式建立了检测靶标连续无奇异性的运动学模型,只需建立检测靶标首尾两个坐标系,提高运算效率,实时高精度模拟动平台与典型机动目标的融合运动轨迹。综合考虑检测靶标与光学测量设备的性能指标,计算并分析得到某船载光学测量设备方位与俯仰轴跟踪随机误差分别为23.88″和23.86″。将模拟光学目标安装于机械臂末端构建了六自由度检测系统,制定合理可行的检测方法,进行船载光学测量设备跟踪性能的检测与鉴定试验。试验结果表明:在方位与俯仰轴角速度不同的情况下,船载动平台光学测量设备跟踪随机误差与理论分析基本保持一致,验证了该检测系统及检测方法的有效性与优越性,实现了在地基条件下对动平台光学测量设备跟踪性能的检测。

基于动网格技术的抛鸟运动轨迹分析

发动机吞鸟试验是检验航空发动机安全性和可靠性的重要手段,为了探究在发动机吞鸟试验中,鸟体出膛后飞行轨迹的变化,优化抛鸟策略,采用动网格技术,使用六自由度模型对鸟体出膛后的轨迹进行计算分析。结果表明:鸟体出膛后,其肩部会形成一个高压区域,尾部形成一个低压区域,由此产生气动阻力,在运动方向阻力最大,在飞行过程中阻力会稳定在某一数值;运动方向垂向和横向所受气动力很小,但数值波动较大,且变化无规律;鸟体飞行过程中速度衰减小,弹道平直,可以采用直瞄的方式将鸟体抛向指定的位置。

制动器可靠性试验台的研制

文中介绍一种应用于制动夹钳单元、踏面单元等制动器的可靠性试验台。试验台满足UIC 541-01标准,可完成纵向±2.5°倾角的疲劳试验。同时,基于六自由度平台设计,试验台可模拟制动盘或车轮相对构架±10 mm的横向位移、绕垂向±1°转角及模拟垂向盘片摩擦等工况,模拟车辆运行极限状态,能够对新制动器进行累计不少于100万次的制动、缓解疲劳试验。

多维力加载试验台液压系统设计

从该试验所需的功能出发,设计并构建多维力加载液压试验台,主要介绍了该实验平台液压系统的设计原理及特点。

硬点可调式独立悬架综合性能试验台的设计

设计了硬点可调式独立悬架综合性能试验台,应用于轮边电驱动系统进行垂向动力学和悬架运动学试验。在该试验台中引入了Stewart并联机构以实现车身硬点的位姿可调。在ADAMS软件里进行某悬架的垂向动力学仿真试验,得到了方位调整机构的动载,并利用该结果对方位调整机构进行强度校核,验证了六自由度平台及试验台整体设计的合理性。

排种位置自补偿式播种机试验台设计与试验

为解决精量播种机行株距标准性实施差、播施位置自主调节能力低等问题,设计了一种播种位置自补偿式播种机试验台。试验台主要由六自由度振动平台、播种机机架、指夹式排种器、横纵向导轨平台、传送带和控制系统组成。试验台系统可通过输入载荷谱,调整六自由度平台各方向偏移量(角),以模拟田间作业情况,同时传感器与反馈控制系统实时监测数据并调节排种器导管位置偏移量,实现播种位置补偿。系统还可通过输入排种量与机组速度,对播量进行控制,最终实现在实验室内模拟播种机行走,并完成多种情况下的排种试验。试验台试验结果表明:有补偿装置作用的播种机,播种直线性提升了42%,稳定性提升了54%,播种位置补偿效果良好,播种效果在模拟工况下明显改善。

非接触式海洋模拟平台测量技术研究

针对海洋模拟平台接触式测量方法精度低的问题,提出了适用于"海洋移动式平台"水池模型试验的非接触式测量方法并详细阐述了实时异步触发同步抓取图像功能的实现及两步法标定过程。该方法基于机器视觉原理使用双CCD进行平台的运动监测,利用标定内外参数来重构物体空间坐标,并由此分解浮体六自由度运动的信息。最后给出了测试结果。结果表明:所提算法在分析精度方面有了较大的提高。

空间光学微位移促动器的定位测控研究

为解决大口径空间光学镜面在轨组装技术的高精度定位需求,设计了一种微位移促动器,并对单促动器和多促动器六自由度平台分别进行了定位测控研究;通过建立单促动器的运动学方程、多促动器六自由度平台的运动学方程,解决了微位移促动器的高精度定位问题;搭建了实验硬件系统,编写了软件控制程序,对单促动器分别进行了小步长测试和大步长测试,并对多促动器六自由度平台进行了定位测试;实验结果表明,设计的微位移促动器达到了行程25mm的情况下,定位精度误差小于20nm的指标要求;多促动器六自由度平台的定位精度达到了单向平移重复精度误差小于30nm,角度精度误差小于0.02μrad的设计指标。

基于坡度模拟的汽车淋雨试验系统的研究及实现

传统的淋雨试验系统只能满足车辆在水平状态喷淋工况的验证,缺少坡度淋雨工况。本文将坡度模拟系统与淋雨试验系统集成于一体,实现一机多用,全方位对车舱密封性进行验证,满足汽车主机厂在新产品开发阶段的多工况淋雨试验需求。

多维力疲劳试验台监控系统的设计与实现

为了实现对大型结构件的疲劳试验,模拟其实际工况,采用六自由度平台的结构形式设计成多维力疲劳试验台。针对该疲劳试验台的功能和控制要求,介绍了采用研华工控系列产品的计算机监控系统。数据采集及控制输出均采用研华输入输出模块,上位机在VC++平台上编写监控程序;下位机采用嵌入式Linux实时系统,对疲劳试验台做六自由度协调控制。该疲劳试验台是国内首次将六自由度平台用于大型结构件的疲劳试验,目前已投入使用。

基于压电作动器的空间单轴主动隔振研究

对六自由度空间Stewart隔振平台中基于压电作动器的单轴主动隔振进行了研究。提出了三类标准以衡量隔振性能,其中:第Ⅰ类为载荷端与扰动端同量纲振动量比;第Ⅱ类为隔振后载荷端的受力与隔振前固连时载荷受力比;第Ⅲ类为隔振前后振动量的衰减状况。给出了压电作动器的基本方程,并根据实际进行了数值修正。建立了线性化的压电作动器单轴隔振系统,采用作动器的运动总与扰动端振动分量互补的主动隔振策略。讨论了速度反馈控制、力反馈控制与代数环引入,以及质量对隔振性能的影响。提出了隔振方向和隔振代价的概念。仿真结果表明速度反馈和力反馈均能获得较好的隔振效果。理论分析了隔振方向对隔振性能和隔振代价的影响。研究为空间Stewart隔振平台设计提供了理论支持。

环境扰动下的深海试验平台变深机动风险评估

针对深海试验平台变深机动过程中由外部环境扰动造成的变深失效风险,提出虚拟样机结合蒙特卡罗模拟的定量风险评估方法,完成深海试验平台变深机动风险评估.以深海试验平台运动仿真模型为风险评估模型,将环境因素作为风险源,通过对仿真模型施加外部环境扰动完成深海试验平台故障情景再现,基于统计学方法得到环境因素扰动下的深海试验平台变深失效风险概率值.最后对风险源进行敏感度分析,结果表明跃层强度对深海试验平台变深风险的影响最大.

空间站转位机构捕获连接特性测试方案及实施

针对中国空间站转位机构转臂捕获基座时的多环节误差,采用捕获偏差等效方法,研制串联式六自由度力随动试验平台,模拟转臂与基座之间的位姿偏差和载荷,进行转位机构捕获连接特性测试。在一定初始位姿偏差下对转臂与基座的捕获特性进行测试;在转臂与基座连接过程中加载六维力,对转臂与基座之间的连接能力进行测试。对转位机构产品在试验系统测试所得特性和测试系统等效性进行了分析,结果表明:测试系统能够正确反映产品特性,解决了捕获初始偏差设定和连接面载荷随动加载的测试问题,可为各种对接机构工程化测试与分析提供参考。

不同海况下浮式石油平台支墩动态力学分析与结构优化

浮式石油平台作为一种海上石油生产基地,在海上服役过程中,受到各种恶劣多变的海况影响,易导致模块支墩结构发生失效破坏,使上部模块存在整体倾覆的风险。因此,本文以我国浮式石油平台作业较多的南海海域为例,开展在不同海况下浮式石油平台模块支墩动态力学分析与试验研究。通过有限元仿真软件建立上部模块三维模型,开展支墩结构动态力学分析,根据仿真云图找到了支墩危险部位,并用六自由度平台模拟多种海况进行模型试验,验证仿真的正确性。在此基础上对模块支墩进行安全校核和结构优化。试验与仿真结果表明:支墩危险部位为筋板、肘板处,通过加厚、倒角可有效减小危险部位的应力集中及最大应力值,文中提出的六自由度平台模拟海况的试验方法可用于单模块模型的动态力学分析,研究结果为浮式石油平台上部模块支墩的力学分析和设计建造提供参考。