電動缸支點位置仿真優(yōu)化研究

【摘要】某型設(shè)備樣機(jī)調(diào)試過程中暴露出強(qiáng)度、剛度不足問題，經(jīng)分析得出主要是由于電動缸支點位置布置不合理，從而使樣機(jī)在調(diào)轉(zhuǎn)過程中電動缸推力過大。通過對該設(shè)備電動缸支點位置進(jìn)行仿真優(yōu)化研究，優(yōu)化后電動缸推力與優(yōu)化前相比大幅減少，從而解決了上述問題。優(yōu)化過程中，同時對該設(shè)備中控制系統(tǒng)關(guān)注的角速度、電機(jī)功率進(jìn)行了仿真優(yōu)化，最終使控制系統(tǒng)的魯棒性得到了提高。

【關(guān)鍵詞】電動缸；支點位置；仿真優(yōu)化；推力；角速度；電機(jī)功率；魯棒性

電動缸是一種使用電機(jī)驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，通過螺母絲桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為絲桿的直線運(yùn)動，從而驅(qū)動負(fù)載運(yùn)動，與液壓缸、氣缸的功能一樣。與傳統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸及氣缸相比，電動缸具有運(yùn)動速度更快（可達(dá)1600mm/s）、精度更高、控制性能優(yōu)越等特點，所以在現(xiàn)代工業(yè)社會應(yīng)用越來越廣泛。電動缸一般分為直線式電動缸和折返式電動缸。

1.背景

某型設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，通過折返式電動缸推動構(gòu)件I繞支點3轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)與構(gòu)件I固連的負(fù)載繞支點3轉(zhuǎn)動，即：通過交流伺服電機(jī)帶動負(fù)載繞支點3轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)設(shè)備的高低調(diào)轉(zhuǎn)。

圖9 優(yōu)化后角速度曲線

4.其它參量的仿真優(yōu)化

上述設(shè)備作為一種機(jī)電一體化系統(tǒng)，力只是結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的一個主要關(guān)注參量，但在控制系統(tǒng)設(shè)計過程中更關(guān)注設(shè)備的其他參量，如角速度、電機(jī)功率等。

從圖6-9中可以看出，優(yōu)化前設(shè)備的高低角速度非線性很明顯，優(yōu)化后則平緩了很多。對于控制系統(tǒng)來說，優(yōu)化后設(shè)備的魯棒性更好。而對于電機(jī)功率，優(yōu)化前后電機(jī)的最大功率基本一致，這也進(jìn)一步驗證了電機(jī)功率主要由負(fù)載決定。

5.結(jié)語

現(xiàn)代工業(yè)社會中，基本上所有的設(shè)備都屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)。如本文選用的設(shè)備，類似產(chǎn)品在現(xiàn)實中也大量存在，如挖掘機(jī)、鏟土機(jī)等工程機(jī)械、運(yùn)動平臺、機(jī)床等。在這些產(chǎn)品設(shè)計過程中如果按照設(shè)計者的以往工作經(jīng)驗直接開展產(chǎn)品設(shè)計，最終制造出來的樣機(jī)往往在調(diào)試過程中會暴露出很多問題，嚴(yán)重的話甚至?xí)斐蓸訖C(jī)報廢。所以在與本文類似的產(chǎn)品設(shè)計過程中，優(yōu)先進(jìn)行支點的仿真優(yōu)化工作是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]聞邦椿主編.機(jī)械設(shè)計手冊（第一卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010，1：97.

[2]劉衛(wèi)國主編.MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用[M].長沙：高等教育出版社，2002.

作者簡介：劉峰（1982—），男，江西吉安人，學(xué)士，工程師，主要從事無源電子戰(zhàn)系統(tǒng)研究。