[发明专利]一种机电控一体化优化设计方法

摘要

一种机电控一体化优化设计方法，首先建立包含机械结构模型、电机模型和控制系统模型的机电控模型；然后优化机械结构模型的每个物理参数以及控制系统模型的控制算法或控制参数至与工作条件相适应，然后进行仿真；同时根据优化过程中获得的电机响应特性曲线建立电机模型；最后确定机械结构模型的几何参数，再根据优化后的机械结构模型及其几何参数、电机模型和控制系统模型进行样机试制，重复步骤2）至得到试制样机与机电控模型相一致的机械产品。本发明在产品投产之前直接对机、电、控优化以获得未来产品的性能，真正实现了机电控一体化和深度融合，对提高制造企业的整体技术水平、提升装备质量、节约成本及提高效率具有重要的作用。

主权项

一种机电控一体化优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先建立包含机械结构模型、电机模型和控制系统模型的机电控模型；2)然后控制系统模型输出控制变量，驱动机械结构模型，机械结构模型在控制系统输出的指令下产生动作，将反馈信息输出到控制系统，控制系统结合反馈信息的当前状态与指令状态进行比较，对控制算法做出调整，输出控制指令驱动机械结构模型对于其物理结构再次修改物理参数并继续依照指令动作，同时机械结构模型再次输出反馈信息，如此反复调试，最终达到优化的机械结构模型的物理参数与控制算法或控制参数；优化机械结构模型的每个物理参数以及控制系统模型的控制算法或控制参数至与工作条件相适应，再进行仿真；同时根据优化过程中电机响应特性曲线建立的电机模型选择电机；若没有与响应特性曲线相对应的电机则根据工作条件调整控制算法或控制参数并进行仿真与优化，以获得与工作条件和机械结构相适应的参数；3)最后基于步骤2)的机械结构模型物理参数，确定机械结构模型的几何参数，再根据优化后的机械结构模型及其几何参数、电机模型和控制系统模型进行样机试制，得到试制样机，根据试制样机与机电控模型的误差，对试制样机重复进行步骤2)至得到与机电控模型相一致的机械产品；所述设计方法是在产品投产之前，先在计算机中构建包括结构部分、执行部分和控制系统的完整的电子模型，并对所述结构部分的物理参数、所述控制系统的控制算法以及所述执行部分的电机进行单因素优化与综合优化，使得产品实物试制出来前就能够对产品运行性能进行定量预估；而且不同于以往根据刚度、强度要求设计机械结构，而是在满足机械性能要求的理论指导下对机械结构几何参数进行定性设计。