史金奇, 張秦賡, 王立文, 楊宏凱, 趙雄輝, 李 俊

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魚雷電動(dòng)伺服舵機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真

史金奇1,2, 張秦賡3, 王立文1,2, 楊宏凱1, 趙雄輝1,2, 李 俊1

(1. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第705研究所, 陜西西安, 710077; 2. 水下信息與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西西安, 710077; 3. 中國(guó)人民解放軍69072部隊(duì), 新疆烏魯木齊, 830001)

為了真實(shí)反映電動(dòng)伺服舵機(jī)的傳動(dòng)特性, 文中采用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn建立基于多體接觸理論的魚雷電動(dòng)伺服舵機(jī)機(jī)械系統(tǒng)模型, 利用系統(tǒng)仿真分析軟件Matlab/Simulink建立伺服舵機(jī)控制系統(tǒng)模型, 并完成伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)的聯(lián)合建模。相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法, 文中采用的聯(lián)合仿真分析方法, 能夠在物理樣機(jī)設(shè)計(jì)的初期, 完成對(duì)伺服舵機(jī)在實(shí)際工況下的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析, 得到伺服舵機(jī)的實(shí)際傳動(dòng)特性, 便于設(shè)計(jì)的優(yōu)化迭代, 提高了設(shè)計(jì)效率。

魚雷; 電動(dòng)伺服舵機(jī); 物理樣機(jī); 傳動(dòng)特性; 多體動(dòng)力學(xué)

0 引言

電動(dòng)伺服舵機(jī)是魚雷控制系統(tǒng)的重要組成部分, 作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng), 其性能好壞直接決定著魚雷航行過程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式, 在加工物理樣機(jī)前, 控制系統(tǒng)建模分析中將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化成固定傳動(dòng)比的比例環(huán)節(jié), 在仿真分析過程中無法對(duì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析[1]; 在對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí), 往往只單獨(dú)針對(duì)建立的虛擬樣機(jī)進(jìn)行分析, 并未對(duì)實(shí)際工況輸入下的傳動(dòng)特性進(jìn)行研究[2-4]; 文獻(xiàn)[5]雖然對(duì)舵機(jī)進(jìn)行了聯(lián)合仿真分析, 但機(jī)械系統(tǒng)并未按照多體接觸理論建模, 因此不能反映舵機(jī)真實(shí)的傳動(dòng)特性。

文中利用多體動(dòng)力學(xué)軟件RecurDyn建立基于多體接觸理論的機(jī)械系統(tǒng)模型, 利用Matlab/ Simulink建立控制系統(tǒng)模型, 并將二者結(jié)合起來進(jìn)行聯(lián)合仿真分析[6-7], 將伺服舵機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和舵機(jī)控制算法有機(jī)地結(jié)合起來, 從而在加工物理樣機(jī)前盡量真實(shí)的得到伺服舵機(jī)在實(shí)際工況下的傳動(dòng)特性, 尋找初始設(shè)計(jì)的不足, 便于優(yōu)化迭代, 提高設(shè)計(jì)效率, 縮短產(chǎn)品的研制周期。

1 虛擬樣機(jī)機(jī)械系統(tǒng)

1.1 伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真模型的建立

RecurDyn(Recursive Dynamic)是由韓國(guó)Fun- ctionBay公司基于其劃時(shí)代算法——遞歸算法開發(fā)出的新一代多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件。它采用相對(duì)坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)方程理論和完全遞歸算法, 非常適用于求解大規(guī)模及復(fù)雜接觸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題[8]。但該軟件很難精確建立復(fù)雜的3D實(shí)體模型, 文中采用UG 3D設(shè)計(jì)軟件建立伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3D模型。研究中的伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、諧波齒輪減速器(包括錐齒輪減速器和諧波齒輪減速器)、反饋電位計(jì)和直齒圓柱齒輪減速器組成。為了減小伺服舵機(jī)的體積和重量, 其諧波齒輪減速器采用了復(fù)波式諧波減速器。

伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真在RecurDyn中進(jìn)行, 需將UG中建立的伺服舵機(jī)3D模型導(dǎo)入到軟件中。其方法是將UG中建立的實(shí)體導(dǎo)出成Parasolid文本文件, 轉(zhuǎn)換成. x_t格式后再導(dǎo)入到RecurDyn中。在RecurDyn建模環(huán)境中, 需要對(duì)導(dǎo)入的每個(gè)零件的屬性進(jìn)行編輯, 包括密度、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等[9]。

文中不涉及伺服電機(jī)、諧波減速器自身的設(shè)計(jì)問題, 而是將伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效在電機(jī)輸出的小錐齒輪上, 把諧波減速器簡(jiǎn)化成固定傳動(dòng)比的耦合副, 以保證虛擬樣機(jī)的物理特性盡可能與物理樣機(jī)相同或是相近, 以便使仿真分析與實(shí)際情況更加接近。

為了對(duì)伺服舵機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真, 還需要對(duì)RecurDyn中機(jī)械模型定義約束和驅(qū)動(dòng), 驅(qū)動(dòng)和約束添加完成后如圖1所示。

在有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件處需要定義旋轉(zhuǎn)約束, 其他沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件均定義為固定約束。錐齒輪和圓柱齒輪添加接觸約束, 根據(jù)Hertz彈性撞擊理論, 文中碰撞力參數(shù)經(jīng)過計(jì)算可得, 錐齒輪和直齒輪接觸剛度系數(shù)分別為和, 邊界穿透值分別為0.4 mm和0.06 mm, 剛度指數(shù)均為1.3。在約束定義完成后, 伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各零件之間便具有了確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系, 這樣可以保證各個(gè)零件在仿真時(shí)能夠有正確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真驗(yàn)?zāi)?/h3>

為了驗(yàn)證伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真模型的有效性, 定義好約束后, 在伺服舵機(jī)的電動(dòng)機(jī)輸出錐齒輪處定義的旋轉(zhuǎn)約束中添加角速度驅(qū)動(dòng), 即可以驅(qū)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng), 以便進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真。

為了避免轉(zhuǎn)動(dòng)速度發(fā)生突變, 可采用函數(shù)STEP(time, 0, 0, 0.3, 1 800d)定義伺服電機(jī)錐齒輪角速度的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。在此驅(qū)動(dòng)函數(shù)的驅(qū)動(dòng)下, 設(shè)置仿真時(shí)間為1 s, 仿真步數(shù)為1 000步進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。通過RecurDyn的后處理模塊便可以得到伺服舵機(jī)傳動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)的角速度, 如圖2所示。

由圖中仿真驗(yàn)?zāi)Ｇ€可以看出, 伺服舵機(jī)零件能夠按給定的驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng), 且各零件間的傳動(dòng)比符合設(shè)計(jì)要求, 可以作為下一步聯(lián)合仿真系統(tǒng)的機(jī)械子系統(tǒng)。

2 虛擬樣機(jī)控制系統(tǒng)

魚雷電動(dòng)伺服舵機(jī)正常工作時(shí), 控制器接受控制計(jì)算機(jī)給定的舵面偏角信號(hào)后, 控制直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn), 保證舵面在規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)以一定的速度趨近到給定偏角, 同時(shí), 通過角位移傳感器將當(dāng)前舵面的實(shí)際偏轉(zhuǎn)角實(shí)時(shí)反饋給控制計(jì)算機(jī), 以實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)位置控制, 最終實(shí)現(xiàn)控制魚雷航行的目的。

伺服舵機(jī)由舵機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電路、位置傳感器, 以及前文所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成, 伺服舵機(jī)框圖如圖3所示。

文中研究的伺服舵機(jī)采用無刷直流電動(dòng)機(jī),且認(rèn)為電機(jī)三相繞組完全對(duì)稱、為集中繞阻, 工作過程中磁路不飽和, 不計(jì)渦流和磁滯的損耗, 不考慮電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響。依據(jù)電樞回路電壓平衡方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程、電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程以及電機(jī)的反電勢(shì)方程, 可以建立伺服電機(jī)的Simulink仿真模型, 見圖4所示[10]。

圖4 無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型

驅(qū)動(dòng)電路包括放大電路和脈寬調(diào)制2個(gè)環(huán)節(jié)。其中為脈寬調(diào)制等效放大系數(shù), 其值與舵角偏差的線性范圍有關(guān)。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如前所述, 除伺服電機(jī)外, 由錐齒輪、諧波減速器和直齒輪等組成, 減速器傳遞函數(shù)為常數(shù), 減速比為。此模型在文中僅用于虛擬樣機(jī)純數(shù)學(xué)仿真分析及驗(yàn)?zāi)！?/p>

位置傳感器采用反饋電位計(jì)實(shí)現(xiàn), 反饋電位計(jì)連接在諧波減速器輸出軸上, 將舵面的角位移變成電壓量, 以實(shí)現(xiàn)位置反饋, 舵角反饋系數(shù)為K。諧波齒輪減速器輸出軸與舵軸間有一直齒減速器連接, 建模時(shí)可等價(jià)為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。

結(jié)合前面對(duì)伺服舵機(jī)中各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)建模分析, 可以得到伺服舵機(jī)數(shù)學(xué)模型(如圖5所示), 校正環(huán)節(jié)采用比例-積分-微分(proportional integ- rative derivative, PID)控制。

3 聯(lián)合仿真系統(tǒng)

建立Recurdyn與Matlab聯(lián)合仿真系統(tǒng), 需要將RecurDyn中的機(jī)械系統(tǒng)并入到Matlab中的控制系統(tǒng)中, 需利用RecurDyn中的RecurDyn/control模塊, 文中選擇以控制軟件作為主程序, 圖6為以控制軟件Simulink為主程序的聯(lián)合仿真步驟。

為了能將機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸, 需在建立機(jī)械系統(tǒng)模型時(shí)定義輸入變量和輸出變量, 從而形成如圖7所示的聯(lián)合仿真閉合回路, 實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)-控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真[11]。

從前文建立的舵回路模型中可知, 伺服舵機(jī)在實(shí)際工作中, 電動(dòng)機(jī)接到控制系統(tǒng)輸出的電壓信號(hào), 產(chǎn)生力矩驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng), 負(fù)載力矩阻礙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng), 所以將電動(dòng)機(jī)的輸出力矩和負(fù)載力矩作為機(jī)械系統(tǒng)的輸入。電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)會(huì)影響控制系統(tǒng)電壓的輸出, 同樣, 舵回路通過位置反饋將舵角轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息反饋到控制系統(tǒng)中, 所以將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和舵軸偏轉(zhuǎn)角度作為機(jī)械系統(tǒng)的輸出, 反饋到控制系統(tǒng)中。

利用前文推導(dǎo)出的控制模型, 將電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入到機(jī)械模型中, 再將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和舵機(jī)輸出角度輸出至控制模型, 形成反饋回路, 從而達(dá)到控制舵面按照給定偏轉(zhuǎn)信號(hào)偏轉(zhuǎn)的目的, 將機(jī)械子系統(tǒng)和控制系統(tǒng)聯(lián)合后的模型如圖8所示。

4 試驗(yàn)與分析

為驗(yàn)證伺服舵機(jī)聯(lián)合仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性, 在給定實(shí)際工況中所承受的最大負(fù)載30 N·m條件下, 對(duì)聯(lián)合仿真系統(tǒng)采用階躍信號(hào)測(cè)試, 驅(qū)動(dòng)信號(hào)和輸出信號(hào)曲線的聯(lián)合仿真分析結(jié)果如圖9所示, 在階躍信號(hào)作用下, 舵軸偏轉(zhuǎn)角度能夠在較短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定位置, 從而驗(yàn)證系統(tǒng)可以對(duì)舵軸偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行快速、精確的控制。圖9中, 縱坐標(biāo)表示舵軸輸出角度。

4.1 伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

通過RecurDyn后處理功能, 可以得到伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性, 如伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角速度和角加速度曲線, 以及機(jī)械系統(tǒng)在工作過程中的運(yùn)動(dòng)模擬, 通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角速度、角加速度曲線和運(yùn)動(dòng)模擬可以看到伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有無干涉, 以及運(yùn)動(dòng)是否平穩(wěn)等運(yùn)動(dòng)學(xué)特征, 從而驗(yàn)證伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

階躍信號(hào)下大錐齒輪的角速度如圖10所示, 從圖中可以看出, 在指令給定時(shí), 大錐齒輪的角速度迅速增大, 角速度迅速達(dá)到該負(fù)載下的最大轉(zhuǎn)速并恒定運(yùn)轉(zhuǎn), 由于齒輪間接觸沖擊, 大錐齒輪的角速度存在波動(dòng)。波動(dòng)引起大錐齒輪的角加速度曲線如圖11所示, 其經(jīng)過傅里葉變換后的頻域曲線如圖12所示, 其中主峰對(duì)應(yīng)頻率值為742 Hz。

齒輪嚙合的擊振頻率

式中: Z為齒輪的齒數(shù); n為齒輪的轉(zhuǎn)速。

圖10中計(jì)算所得大錐齒輪的平均角速度為74 rad/s, 轉(zhuǎn)化單位后計(jì)算得到理論擊振頻率為753 Hz。與仿真結(jié)果誤差不足2%, 說明齒輪傳動(dòng)輸出角加速度主要按擊振頻率波動(dòng)。

4.2 伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

通過聯(lián)合仿真可以獲得傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性, 例如零件接觸間的接觸力, 以及傳動(dòng)時(shí)各零件受到的力和力矩等。圖13、圖14為在該操舵指令下錐齒輪接觸力1和圓柱齒輪接觸力2的變化曲線, 從中可以看出, 在給定輸出信號(hào)后, 錐齒輪接觸力1從理論靜態(tài)接觸力值處突變, 隨后進(jìn)入平穩(wěn)嚙合階段。圓柱齒輪由于轉(zhuǎn)速緩慢, 接觸力變化較為平穩(wěn)。該聯(lián)合仿真即能反映伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在真實(shí)工況下的傳動(dòng)特性, 得到的接觸力等參數(shù)可以作為下一步有限元仿真的邊界條件。

采用有限元方法對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析之前, 有必要對(duì)該方法的適用性和準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證, 齒輪接觸應(yīng)力可以根據(jù)經(jīng)典赫茲理論的推廣形式進(jìn)行計(jì)算, 參考漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3480-83和錐齒輪承載能力計(jì)算國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB-T10062, 可推導(dǎo)出齒輪接觸應(yīng)力的計(jì)算方法。分別得到錐齒輪和圓柱齒輪的接觸應(yīng)力為298.701 MPa和966.711 MPa。

在有限元中定義材料屬性, 進(jìn)行網(wǎng)格劃分, 設(shè)置接觸和添加約束及負(fù)載后, 計(jì)算結(jié)果分析可得。在最大啟動(dòng)扭矩工況下, 接觸應(yīng)力分布如圖15所示, 由圖可見, 兩齒輪嚙合區(qū)域應(yīng)力沿接觸線分布, 錐齒輪最大接觸應(yīng)力為313.94 MPa, 直齒輪最大接觸應(yīng)力為1 017.4 MPa, 發(fā)生在接觸線中部, 與赫茲理論計(jì)算結(jié)果偏差均小于5%, 均在理論預(yù)期符合之內(nèi), 說明有限單元法計(jì)算精度可靠, 且接觸應(yīng)力均低于材料齒面接觸疲勞許用應(yīng)力。

通過以上分析計(jì)算表明, 伺服舵機(jī)在實(shí)際工況中的最大載荷下, 齒輪的接觸強(qiáng)度滿足要求。根據(jù)齒輪嚙合力仿真結(jié)果對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核, 可以有針對(duì)性地對(duì)各級(jí)齒輪副進(jìn)行尺寸和結(jié)構(gòu)優(yōu)化, 以改善齒輪力學(xué)性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中利用UG建立了魚雷電動(dòng)伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的3D模型, 通過RecurDyn和Matlab軟件建立了聯(lián)合仿真分析環(huán)境, 并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式, 通過文中聯(lián)合仿真設(shè)計(jì)分析, 可以得到伺服舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在實(shí)際工況下的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù), 且此設(shè)計(jì)分析方法對(duì)一般機(jī)電一體化系統(tǒng)同樣有效。文中獲得的參數(shù)可為后續(xù)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期等研究提供依據(jù)。

[1] 林家泉, 李宗帥, 郝貴和, 等. 基于前饋和滑模復(fù)合結(jié)構(gòu)的飛行器電動(dòng)舵機(jī)控制[J]. 機(jī)床與液壓, 2016, 44(15): 86-91. Lin Jia-quan, Li Zong-shuai, Hao Gui-he, et al. Aircraft Electromechanical Actuator Control Based on Feedforward and Sliding Mode Composite Structure[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2016, 44(15): 86-91.

[2] 張開敏, 鄧瑞清. 舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模與分析[J].航空兵器, 2012(4): 34-37.Zhang Kai-min, Deng Rui-qing. Dynamical Modeling and Analysis of Actuator Transmission System[J]. Aero Weap- onry, 2012(4): 34-37.

[3] 周嘯, 宋梅利, 王曉鳴, 等. 電動(dòng)舵機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其仿真[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化, 2016, 45(2): 126-129.Zhou Xiao, Song Mei-li, Wang Xiao-ming, et al. Design and Simulation of Actuator on Electromechanical Actua- tor[J]. Machine Building & Automation, 2016, 45(2): 126- 129.

[4] 周一睜. 航天伺服微型減速差速器關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2015.

[5] 楊君君. 基于機(jī)電聯(lián)合仿真的數(shù)字化舵機(jī)非線性控制研究[J]. 中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013, 34(4): 419-423.

Yang Jun-jun. Research on Nonlinear Control of Digital Actuator Based on Electromechanical Co-Simulation[J]. Journal of North University of China(Natural Science Edition), 2013, 34(4): 419-423.

[6] Gao T, Wang L, He C, et al. Dynamic Simulation of Water Strider Robot Based on ADAMS and MATLAB[C]//IEEE Fifth International Conference on Advanced Computational Intelligence IEEE, 2012: 868-871.

[7] 馬如奇, 郝雙暉, 鄭偉峰, 等. 基于MATLAB與ADAMS的機(jī)械臂聯(lián)合仿真研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2010(4): 93-95.

Ma Ru-qi, Hao Shuang-hui, Zheng Wei-feng, et al. Resea- rch on Coordinated Simulation of Robot Arm Based on MATLAB and ADAMS[J]. Machinery Design & Manu- facture, 2010(4): 93-95.

[8] 張湝渭, 彭斌彬. Recurdyn多體系統(tǒng)優(yōu)化仿真技術(shù)[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2010.

[9] 莊小紅. 等效橢圓諧波齒輪減速器的研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2008.

[10] 李強(qiáng), 張秦南, 李俊, 等. 變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)在魚雷舵機(jī)中的應(yīng)用[J]. 魚雷技術(shù), 2015, 23(1): 40-43.

Li Qiang, Zhang Qin-nan, Li Jun, et al. Application of Va- riable Structure Control Technology to Torpedo Steering Gear[J]. Torpedo Technology, 2015, 23(1): 40-43.

[11] 肖前進(jìn). 諧波傳動(dòng)式電動(dòng)舵機(jī)多級(jí)滑膜控制及非線性補(bǔ)償研究[D]. 長(zhǎng)春: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所, 2013.

(責(zé)任編輯: 楊力軍)

Dynamic Simulation of Torpedo′s Electric Servo Actuator

SHI Jin-qi,ZHANG Qin-geng, WANG Li-wen, YANG Hong-kai, ZHAO Xiong-hui, LI Jun

(1. The 705 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Xi′an 710077, China; 2. Science and Technology on Underwater Information and Control Laboratory, Xi′an 710077, China; 3. 69072thUnit, The People′s Liberation Army of China, Urumqi 830001, China)

A mechanical system model of torpedo′s electric servo actuator is established based on the multi-body dynamics software RecurDyn to reflect the transmission characteristics of electric servo actuator, and an electric actuator control system model is established with Matlab/Simulink. Then, coordinated modeling of transmission mechanism and control system of the electric servo actuator is conducted. Compared with traditional design methods, this coordinated simulation analysis method can accomplish kinematic and dynamic analyses of a servo actuator according to real working condition in early design of its physical prototype to obtain actual transmission characteristics, thus to optimize the design and improve design efficiency.

torpedo; electric servo actuator; physical prototype; transmission characteristic; multi-body dynamics

10.11993/j.issn.1673-1948.2016.06.012

TJ630.32; TM383.4

A

1673-1948(2016)06-0463-06

2016-06-27;

2016-09-23.

史金奇(1992-), 男, 在讀碩士, 主要研究方向?yàn)樗潞叫衅髦茖?dǎo)技術(shù).