大射电望远镜FAST液压促动器动态特性分析与试验研究

摘要

本课题来源于国家重大科技基础设施项目500 m口径球面射电望远镜FAST液压促动器的研制。课题根据FAST望远镜促动器的功能和技术要求，采用调研与试验相结合的方法，验证了一种原理简单、运行模式多样的液压促动器方案，介绍了促动器几种主要运行模式的实现方法，并完成了促动器样机的研制。
　　为了分析和研究该液压促动器的动态特性，本文提出了利用齿轮泵泄漏特性及液控单向阀开启特性来实现系统流量闭环的建模方法，搭建了有别于常规液压系统的数学模型；设计了该促动器数学模型中主要参数的辨识试验；研发了参数辨识试验装置；并通过试验获取了齿轮泵流量压力系数Kq和液控单向阀开启特性Kf两个数学模型中的重要参数值。在所建数学模型的基础上，利用 Matlab/Simulink软件对促动器进行模拟仿真，分析了促动器在开环外伸以及闭环跟踪两种模式下的运动特性；利用AMESim软件分析了促动器在故障随动时的动态性能；最后将系统模拟仿真结果与促动器样机试验的测试数据进行了对比验证。
　　研究表明，促动器的模拟仿真与系统试验测试数据的一致性较好，所建立的数学模型能够正确描述液压促动器的工作原理。动态特性分析表明，开环时，促动器的运行速度随输入脉冲频率的增加而增大；闭环时，促动器在变载荷作用下可实现稳定跟踪，仿真与试验最大跟踪误差分别为0.15mm和0.2mm，满足促动器设计精度要求；促动器在大负载随动时运行平稳，无高速冲击，在小负载随动时的最小随动启动拉力为160 N，该FAST望远镜促动器设计合理。
　　本课题完成了FAST液压促动器的理论分析、模拟仿真、样机试验等研究工作，解决了液压促动器因伸缩回路差异较大难以准确描述的难题，为促动器的后续维护维修和升级改造提供依据。本论文所建立的数学模型在为FAST液压促动器的运动特性分析提供理论基础的同时，也为伸缩回路差异较大的液压系统的动态特性分析提供了参考。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第1章 前 言

1.1 选题背景

1.2 促动器的分类及应用

1.3 促动器的发展现状与趋势

1.4 研究意义

1.5 主要研究内容

1.6 本章小结

第2章 FAST促动器的方案选取及样机研制

2.1 主要设计要求

2.2 促动器驱动类型选择

2.3 液压促动器方案选取

2.4 液压促动器样机研制

2.5 本章小结

第3章 FAST液压促动器数学建模

3.1 系统框图

3.2 数学模型

3.3 本章小结

第4章 液压促动器动态特性参数试验辨识

4.1 试验原理

4.2 试验装置研制

4.3 试验流程

4.4 参数辨识结果

4.5 本章小结

第5章 FAST液压促动器动态特性仿真

5.1 FAST液压促动器系统仿真概述

5.2 FAST液压促动器Matlab/Simulink仿真

5.3 随动模式——AMESim仿真

5.4 本章小结

第6章 FAST液压促动器样机试验

6.1 开环模式

6.2 闭环模式

6.3 随动试验

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文与研究成果