[发明专利]一种电动伺服系统刚度建模方法

说明书

技术领域

本发明属于电动伺服系统领域，具体涉及一种电动舵系统的刚度建模方法。

背景技术

电动舵系统由舵机放大器和电动舵机两部分组成，是制导控制系统的主要分系统，其动态特性直接关系到导弹的飞行控制品质。在电动舵系统的实际使用中，当其舵偏角，最大舵偏角速度，频带，线性度和超调量等性能指标满足要求时，仍会出现一些新的问题，这些问题存在的主要原因之一就是舵系统的伺服刚度特性不能满足要求。伺服刚度低则易引发舵面的颤振。当颤振发生时，副翼或舵面以变化的振幅，较高的频率振动，极易发生危险。

若伺服系统刚度低、惯量大，则难以获得较高的转动速度，同时还产生较大的失动量，使传动误差增大，影响系统定位精度；由于各传动部件之间存在间隙、摩擦、弹性变形，以及控制系统死区、电动机运行误差等因素引起的失动量，导致伺服机构滞后或引发振荡。伺服系统的刚度是确定传动预紧力大小，并最终决定摩擦和传动间隙大小的主要因素。研究提高电动伺服系统的刚度，对于提高位置伺服系统的定位精度具有很重要的意义。因此，需要对电动舵系统的刚度进行建模仿真分析。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种电动伺服系统刚度建模方法。

本发明是这样实现的：

一种电动伺服系统刚度建模方法，其中，包括下述步骤：

步骤一：设置建模基础

Matlab/Simulink建立电动舵系统的控制系统；

步骤二：建立模型连接关系

根据需要建模对象的情况，建立模型连接关系，模型原型均采用调用Matlab/Simulink中的模块。

如上所述的一种电动伺服系统刚度建模方法，其中，所述的步骤二中，在建立齿轮模型时，除了常规的电路外，还增加两旋转部件的上下间隙、接触刚度、接触阻尼以及初始角度位置。上述两旋转部件的上下间隙、接触刚度、接触阻尼以及初始角度位置信息根据需要设定初始值。

如上所述的一种电动伺服系统刚度建模方法，其中，所述的步骤二中，在建立滚珠丝杠副的模型时，除了常规的电路外，还增加杆连接方式、分段杆的数目、轴承的磨损率以及杆的结构刚度和初始条件。上述杆连接方式、分段杆的数目、轴承的磨损率以及杆的结构刚度和初始条件根据需要设定初始值。

如上所述的一种电动伺服系统刚度建模方法，其中，所述的步骤二中，在建立连杆机构的模型时，除了常规的电路外，还增加模型的不定点位置、刚体的质量、刚体相对x、y、z轴的质心惯性矩和刚体外形代表点的坐标。上述模型的不定点位置、刚体的质量、刚体相对x、y、z轴的质心惯性矩和刚体外形代表点的坐标根据需要设定初始值。

本发明的效果是：本发明可用于优化控制系统参数，提升系统的鲁棒性；本发明可用于指导优化电动舵机传动机构的结构尺寸，使电动舵机的质量分布更加合理；本发明指明了影响电动伺服系统刚度的主要因素，通过对这些因素进行优化，提升了整个系统的伺服刚度；本发明建立了高精度的电动舵系统模型，可使用该模型对电动舵系统的各项性能参数进行仿真分析。该建模方法精 度高，难度小，可广泛应用于丝杠类电动舵机系统的刚度建模中。

附图说明

附图1是完整电动舵系统模型。

附图2是控制系统模型。

附图3是电机内部模型。

附图4是完整的电机模块模型。

附图5是齿轮系模型。

附图6是滚珠丝杠副模型。

附图7是连杆机构模型。

具体实施方式

如附图1所示，一种电动伺服系统刚度建模方法，包括下述步骤：

步骤一：设置建模基础

Matlab/Simulink建立电动舵系统的控制系统；

步骤二：建立模型连接关系

根据需要建模对象的情况，建立模型连接关系，模型原型均采用调用Matlab/Simulink中的模块，特别是Simscape实现；

在建立齿轮模型时，除了常规的电路外，还增加两旋转部件的上下间隙、接触刚度、接触阻尼以及初始角度位置。上述两旋转部件的上下间隙、接触刚度、接触阻尼以及初始角度位置信息根据需要设定初始值。

在建立滚珠丝杠副的模型时，除了常规的电路外，还增加杆连接方式、分段杆的数目、轴承的磨损率以及杆的结构刚度和初始条件。上述杆连接方式、分段杆的数目、轴承的磨损率以及杆的结构刚度和初始条件根据需要设定初始 值。