[发明专利]一种舵机传动机构动力学分析方法

说明书

本发明公开了一种舵机传动机构动力学分析方法，涉及飞行器舵机传动机构技术领域，包括建立舵机传动机构刚体模型；根据舵机传动机构刚体模型中的铰链内部销轴和轴孔在接触/碰撞过程中接触点的搜索和接触/碰撞力的计算，来考虑铰链间隙对舵机传动机构动态特性的影响；每一个考虑间隙的铰链有三种运动模式：碰撞模式、连续接触模式和自由运动模式，针对含有铰链间隙的舵机传动机构刚体模型，考虑多种运动模式来分析系统动态响应。本发明通过考虑铰链之间的相互作用和运动组合模式，可以更加准确地预测舵机传动机构的动态响应，对控制由于材料变形、装配和磨损等原因引起的铰链间隙带来的不利影响具有一定的指导意义。

技术领域

本发明涉及飞行器舵机传动机构技术领域，特别涉及一种舵机传动机构动力学分析方法。

背景技术

舵机传动机构目前广泛应用于飞机、运载火箭、导弹、卫星等飞行器控制领域。舵机传动机构是一种高精度的位置伺服系统，其根据飞行器飞行姿态给出控制信号，舵机接受舵面偏转信号输出控制指令，经过传动机构改变舵偏角，控制飞行器的飞行姿态或飞行轨迹，使飞行器按照预定目标稳定地飞行。舵机传动机构作为一个典型的含多间隙铰链的连杆机构，其性能好坏对飞行器的飞行品质和控制精度具有重要影响，随着高精度和高速装备的快速发展，准确预测系统动态响应变得越来越重要。

由文献《考虑铰链间隙的空气舵传动机构动力学建模及分析》(作者：李忠洪，哈尔滨工业大学2015年硕士论文)可知，作者针对空气舵传动机构，建立了含间隙回转铰链的接触碰撞模型，详细分析了空气舵传动机构的运动和载荷传递性能，但其在研究过程中未考虑铰链间隙的相互作用和运动组合模式。由文献《飞行器舵机伺服传动机构动力学建模研究》(作者：张习强，南京理工大学2013硕士论文)可知，作者建立了飞行器舵机伺服传动机构动力学模型，考虑了铰链间隙和柔性体对伺服传动系统的影响，但其在研究过程中也未考虑含间隙铰链之间的相互作用和运动组合模式。

实际工程中，由于材料变形、装配和磨损等原因，间隙是不可避免的，即使很小的间隙也会导致系统产生振动、噪音和磨损现象，从而使得数值预测与实验结果之间产生差异，所以就需要一种舵机传动机构动力学分析方法，考虑铰链之间的相互作用和组合模式对系统性能的影响。

发明内容

本发明实施例提供了一种舵机传动机构动力学分析方法，用以解决现有技术中存在的问题：即现有研究中未同时考虑多个含间隙铰链相互作用和运动组合模式影响的问题。

一种舵机传动机构动力学分析方法，包括如下步骤：

S1、根据舵机传动机构的结构组成和工作原理建立ADAMS刚体仿真模型，包括尾座、舵机、输入杆、辅助摇臂、辅助连杆、舵轴、外挂轴承座、辅助支座、摇臂、轴承座、惯量盘；

较佳地，所述舵机传动机构刚体模型包括尾座，所述尾座上方铰接舵机，所述舵机与输入杆通过移动副连接，所述输入杆顶部设有铰链一，所述铰链一铰接在所述辅助摇臂的上方一侧内，所述辅助摇臂的上方另一侧内设有铰链二，所述铰链二铰接辅助连杆的一端，所述辅助摇臂下方设有铰链三，所述铰链三铰接在辅助支座的上方，所述辅助连杆的另一端设有铰链四，所述铰链四铰接在摇臂上方，所述摇臂与舵轴的一端固定连接，所述舵轴的另一端套接在外挂轴承座内，所述舵轴靠近所述摇臂的一端外侧套接在轴承座内，所述舵轴靠近所述轴承座的一端外侧设有惯量盘。

S2、在所述舵机传动机构刚体仿真模型中，定义构件材料，并结合舵机传动机构实际运动情况，在各个构件之间定义约束，并在舵轴上添加六分量力以模拟舵面负载；

S3、根据舵机传动机构刚体模型中的铰链连接处销轴和轴孔在接触/碰撞过程中接触点的搜索和接触/碰撞力的计算，来考虑铰链间隙对舵机传动机构动态特性的影响；

根据舵机传动机构4个铰链连接处销轴和轴孔在接触/碰撞过程中两圆心距离e和间隙c来计算接触点的接触深度δ，即：δ＝e-c；