大行程柔顺驱动传动单元的机电集成设计

摘要

精密指向机构广泛应用于飞机、舰船和车辆等载体上，配合光电系统完成战场侦察和目标跟踪等任务。同时在空间探索工程、工业和医疗等领域也已经成为了系统不可或缺的组成部分。而目前国内在此领域的研究水平与国外相比还有一定的差距。因此开展具有大行程、高精度、高动态的精密指向机构的研究具有重要意义。
　　本文课题来源于国家自然科学基金重点项目“大尺度亚微弧度级精密复合驱动与传动的基础研究”（No.51135009）。论文提出了一种采用大行程柔性铰链作为导向支承部件，旋转音圈电机作为电磁驱动部件的，具有大行程、高精度、高动态的驱动传动单元。本文主要对大行程柔性铰链的设计及优化、电磁驱动单元设计优化及建模、整体系统数学建模及仿真进行了理论分析，对其中关键的技术进行了一定的研究。主要的内容有：
　　1．调研目前国内外精密指向机构的发展现状，总结归纳了精密指向机构的应用领域和性能指标，在分析国内外研究现状的基础上，为本文对大行程柔顺驱动传动单元的设计打下了基础。
　　2．对所设计大行程柔顺驱动传动单元的总体方案进行了分析介绍，列出了针对本文项目所提出的设计技术指标，并针对所提技术指标对驱动部件以及支承部件进行了分析，最终确定总体方案结构并给出了设计流程。
　　3．针对大行程柔顺驱动传动单元的设计要求，从理论上分析了作为导向支承部件的大行程柔性铰链，推导了其刚度公式，结合设计需求对其进行优化设计并最终设计出适用于本文驱动传动单元的柔性铰链。
　　4．比较分析了各种旋转音圈电机的特点，最终选取盘式绕组音圈电机的磁路作为本文电磁驱动单元的设计参考，并对其进行理论分析。最后结合大行程柔顺驱动传动单元的驱动要求对其进行优化设计。
　　5．使用Matlab、ADAMS、Comsol等分析软件对整个系统进行机电集成建模仿真，从理论上对所设计系统的时域、频域响应进行预测。最后以系统重要参数为例，分析其对系统总体动力学特性的影响。为今后的设计工作做出了指导。
　　6．以大行程柔顺驱动传动单元的原理样机为对象，搭建其测试实验平台，验证了理论建模的正确性，并对系统稳定精度、分辨率等特性进行了测试，实现了预期的设计目标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源及研究背景

1.2 精密指向机构国内外研究现状

1.3 大行程柔性铰链国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 大行程柔顺驱动传动单元总体设计方案

2.1 系统功能与技术指标

2.2 驱动传动单元关键部件及整体结构设计分析

2.3 本章小结

第三章 大行程柔性铰链的分析与设计

3.1 柔性铰链分析

3.2 蝶形铰链介绍

3.3 蝶形铰链优化设计

3.4 蝶形铰链有限元分析

3.5 本章小结

第四章 电磁驱动单元的设计与分析

4.1 旋转音圈电机分析

4.2 电磁驱动单元设计

4.3 电磁驱动单元优化设计

4.4 电磁驱动单元建模

4.5 本章小结

第五章 驱动传动单元整体性能仿真

5.1 系统负载建模

5.2 系统开环建模及其仿真

5.3 系统闭环建模及其仿真

5.4 重要参数对系统开环性能影响分析

5.5 本章小结

第六章 性能测试与验证

6.1 实验目的及原理方法

6.2 系统参数测试及实验平台建模

6.3 实验系统开环仿真与测试

6.4 系统闭环测试

6.5 本章小结

第七章 全文总结与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果