[发明专利]一种减小复杂机械系统动态响应误差的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设计领域，特别涉及到了一种减小复杂机械系统动态响应误差的设计方法。

背景技术

由于设计、加工、制造等原因，复杂机械系统的输入参数会存在一定的不确定性，导致了复杂机械系统会产生动态响应误差。由于输入参数众多和系统的复杂性，使得动态响应误差难以精确控制，由此造成了动态响应的不确定性和精度的损失，给复杂机械系统的设计带来了很大的困扰。

影响复杂机械系统动态响应误差的因素很多，主要包括机械系统各零部件几何尺寸参数，物理属性参数，装配关系参数等。现有的减小复杂机械系统动态响应误差的方法较少，一种方法是在设计和加工过程中提高设计和加工精度，该方法难以清楚的明确各输入参数对复杂机械系统动态响应的影响程度，从而大大提高了系统的成本，难以做到最优；另一种方法是利用采样的方法分析各输入参数对复杂机械系统动态响应的影响，进而控制特定的输入参数，当输入参数很多时，需要大量的采样才能保证结果的准确性，因此大大提高了计算时间，可行性不高。因此，需要一种高效准确的减小复杂机械系统动态响应误差的设计方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种减小复杂机械系统动态响应误差的设计方法，以解决不确定性输入参数对复杂机械系统动态响应影响较大，现有方法成本高，计算时间长的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种减小复杂机械系统动态响应误差的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、建立复杂机械系统动力学模型：

针对复杂机械系统具体结构，建立全局坐标系和各部件的局部坐标系，得到复杂机械系统的拓扑关系；根据复杂机械系统的拓扑关系，基于相对坐标法建立复杂机械系统的运动学方程；并建立相邻刚体之间的约束关系；最终得到复杂机械系统的动力学模型；

步骤2、对复杂机械系统输入参数进行分类：

复杂机械系统存在许多输入参数，根据输入参数是否可控，将复杂机械系统的输入参数分为可控参数和不可控参数；

步骤3、基于混沌多项式展开的复杂机械系统不确定性分析：

首先建立复杂机械系统的混沌多项式展开模型，然后，基于混沌多项式展开模型，对复杂机械系统进行不确定性分析，求得复杂机械系统动态响应的均值和方差；

步骤4、减小复杂机械系统动态响应误差的优化设计：

明确减小复杂机械系统动态响应误差的目标函数，分析得到目标函数的约束方程，通过优化算法，建立减小复杂机械系统动态响应误差的优化函数，进而控制输入参数对复杂机械系统动态响应的影响。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)基于混沌多项式展开的方法对复杂机械系统进行不确定性分析，计算得到输入参数不确定性对复杂机械系统动态响应均值和方差的影响，具有计算效率高，准确度高的优点；

(2)基于优化的控制方法求解复杂机械系统动态响应方差最小的目标下，可控参数的最优解，在不提高设计精度的前提下可以高效准确的减小不确定性输入参数对复杂机械系统动态响应的影响，兼具准确度高，可靠性高的优点。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明减小复杂机械系统动态响应误差的设计方法流程图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种减小复杂机械系统动态响应误差的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、建立复杂机械系统动力学模型：针对复杂机械系统具体结构，建立全局坐标系和各部件的局部坐标系，得到复杂机械系统的拓扑关系；根据复杂机械系统的拓扑关系，基于相对坐标法建立复杂机械系统的运动学方程；并建立相邻刚体之间的约束关系；最终得到复杂机械系统的动力学模型。具体如下：

步骤1.1、建立坐标系：

针对复杂机械系统，对复杂机械系统各零件建立全局坐标系和各零部件的局部坐标系，利用坐标系来描述复杂机械系统各零部件的运动，并建立复杂机械系统的拓扑关系。

步骤1.2、建立复杂机械系统运动学方程：

根据复杂机械系统拓扑关系和相邻刚体之间的运动关系，基于相对坐标方法建立各刚体之间的运动关系，得出相邻刚体之间的位置和速度关系，最终得到复杂机械系统所有刚体的运动学综合方程。

步骤1.3、建立复杂机械系统的约束关系：