[發(fā)明專利]一種減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的設計方法

在審

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• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107832543A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 錢林方;陳光宋;張弘鈞;陳龍淼;徐亞棟;劉太素
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發(fā)明屬于機械設計領域，特別涉及到了一種減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的設計方法。

背景技術

由于設計、加工、制造等原因，復雜機械系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)會存在一定的不確定性，導致了復雜機械系統(tǒng)會產(chǎn)生動態(tài)響應誤差。由于輸入?yún)?shù)眾多和系統(tǒng)的復雜性，使得動態(tài)響應誤差難以精確控制，由此造成了動態(tài)響應的不確定性和精度的損失，給復雜機械系統(tǒng)的設計帶來了很大的困擾。

影響復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的因素很多，主要包括機械系統(tǒng)各零部件幾何尺寸參數(shù)，物理屬性參數(shù)，裝配關系參數(shù)等。現(xiàn)有的減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的方法較少，一種方法是在設計和加工過程中提高設計和加工精度，該方法難以清楚的明確各輸入?yún)?shù)對復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應的影響程度，從而大大提高了系統(tǒng)的成本，難以做到最優(yōu)；另一種方法是利用采樣的方法分析各輸入?yún)?shù)對復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應的影響，進而控制特定的輸入?yún)?shù)，當輸入?yún)?shù)很多時，需要大量的采樣才能保證結(jié)果的準確性，因此大大提高了計算時間，可行性不高。因此，需要一種高效準確的減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的設計方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的設計方法，以解決不確定性輸入?yún)?shù)對復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應影響較大，現(xiàn)有方法成本高，計算時間長的問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：

一種減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的設計方法，包括以下步驟：

步驟1、建立復雜機械系統(tǒng)動力學模型：

針對復雜機械系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)，建立全局坐標系和各部件的局部坐標系，得到復雜機械系統(tǒng)的拓撲關系；根據(jù)復雜機械系統(tǒng)的拓撲關系，基于相對坐標法建立復雜機械系統(tǒng)的運動學方程；并建立相鄰剛體之間的約束關系；最終得到復雜機械系統(tǒng)的動力學模型；

步驟2、對復雜機械系統(tǒng)輸入?yún)?shù)進行分類：

復雜機械系統(tǒng)存在許多輸入?yún)?shù)，根據(jù)輸入?yún)?shù)是否可控，將復雜機械系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)分為可控參數(shù)和不可控參數(shù)；

步驟3、基于混沌多項式展開的復雜機械系統(tǒng)不確定性分析：

首先建立復雜機械系統(tǒng)的混沌多項式展開模型，然后，基于混沌多項式展開模型，對復雜機械系統(tǒng)進行不確定性分析，求得復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應的均值和方差；

步驟4、減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的優(yōu)化設計：

明確減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的目標函數(shù)，分析得到目標函數(shù)的約束方程，通過優(yōu)化算法，建立減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的優(yōu)化函數(shù)，進而控制輸入?yún)?shù)對復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應的影響。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點：

(1)基于混沌多項式展開的方法對復雜機械系統(tǒng)進行不確定性分析，計算得到輸入?yún)?shù)不確定性對復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應均值和方差的影響，具有計算效率高，準確度高的優(yōu)點；

(2)基于優(yōu)化的控制方法求解復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應方差最小的目標下，可控參數(shù)的最優(yōu)解，在不提高設計精度的前提下可以高效準確的減小不確定性輸入?yún)?shù)對復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應的影響，兼具準確度高，可靠性高的優(yōu)點。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的設計方法流程圖。

具體實施方式

為了說明本發(fā)明的技術方案及技術目的，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步的介紹。

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種減小復雜機械系統(tǒng)動態(tài)響應誤差的設計方法，包括以下步驟：

步驟1、建立復雜機械系統(tǒng)動力學模型：針對復雜機械系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)，建立全局坐標系和各部件的局部坐標系，得到復雜機械系統(tǒng)的拓撲關系；根據(jù)復雜機械系統(tǒng)的拓撲關系，基于相對坐標法建立復雜機械系統(tǒng)的運動學方程；并建立相鄰剛體之間的約束關系；最終得到復雜機械系統(tǒng)的動力學模型。具體如下：

步驟1.1、建立坐標系：

針對復雜機械系統(tǒng)，對復雜機械系統(tǒng)各零件建立全局坐標系和各零部件的局部坐標系，利用坐標系來描述復雜機械系統(tǒng)各零部件的運動，并建立復雜機械系統(tǒng)的拓撲關系。

步驟1.2、建立復雜機械系統(tǒng)運動學方程：

根據(jù)復雜機械系統(tǒng)拓撲關系和相鄰剛體之間的運動關系，基于相對坐標方法建立各剛體之間的運動關系，得出相鄰剛體之間的位置和速度關系，最終得到復雜機械系統(tǒng)所有剛體的運動學綜合方程。

步驟1.3、建立復雜機械系統(tǒng)的約束關系：