[發明專利]一種基于多平臺聯合仿真的多級電動缸起豎裝置建模方法

有效

• 申請號: 202111389682.6
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114239158B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 周勇;蔣沁妤;馬尚君
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06T17/00;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明提供了一種基于多平臺聯合仿真的多級電動缸起豎裝置建模方法，建立永磁同步電機、三級行星滾柱絲杠、多級電動缸的AMESim模型，在AMESim SKETCH模式下進行連接形成多級電動缸模型，在JMAG?Express完成內置式永磁同步電機設計，根據實際負載情況，建立三級行星滾柱絲杠三維模型；在AMESim中建立多級電動缸電流、轉速、位移三閉環控制模型，驗證多平臺聯合仿真建模方法能準確表征多級電動缸起豎裝置系統的動態特性和運動精度，并預測該裝置的起豎時間。本發明綜合考慮永磁同步電機結構非線性、三級行星滾柱絲杠機械部件動態特性、起豎負載動態特性以及三環反饋調節，在目前機電起豎系統的簡單建模基礎上，進行多物理場的集成分析，精確建立多級電動缸起豎裝置模型。

技術領域

本發明涉及系統性能分析領域，具體為一種多級電動缸起豎裝置的建模方法。

背景技術

近年來，電驅動系統由于其結構簡單、無泄、漏易保養、效率高、精度高等優點，正逐漸取代液壓系統應用于發射車、雷達車等特種車輛起豎領域，并且單級電動缸已經成功應用于火炮和中小型導彈的傾斜起豎。但由于單級電動缸的傳動機構為單級絲杠，工作行程受絲杠本身尺寸的限制，并且在車載大型導彈發射裝置快速垂直起豎應用場合，要求電動缸具有大的伸縮比，同時要求電動缸輸出大推力，單級電動缸無法實現以上要求，針對以上現狀，多級電動缸起豎裝置應運而生。

多級電動缸擁有“體積小、精度高、承載能力強”等優點，能夠解決現有的單級電動缸承載能力不足無法完成導彈起豎的缺陷，且多級電動缸具有較大伸縮比，能夠滿足中重型導彈起豎距離大的要求，對于軍事應用具有重要意義。

目前研究分析中，多級電動缸起豎裝置的建模將伺服驅動與機械系統進行了分離，忽略了機電系統的強耦合性。采用不同軟件對多級電動缸起豎裝置的伺服驅動模塊、機械傳動模塊、連接部件分別建模，綜合考慮多級機電系統伺服驅動特性以及機械動態特性，對該系統的多物理場進行解耦并通過多平臺進行聯合仿真，建立的多級電動缸起豎裝置模型對于分析多級機電系統的機電耦合問題和集成設計方法、電動缸起豎過程誤差擾動以及起豎時間優化具有重要的意義。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于多平臺聯合仿真的多級電動缸起豎裝置建模方法。針對多級電動缸起豎裝置的建模與控制問題，本發明提出一種基于多平臺聯合仿真的多級電動缸起豎裝置建模方法，考慮機電耦合問題，通過聯合仿真精確實現對多級電動缸起豎裝置的建模仿真。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案的具體步驟為：

步驟一，首先建立永磁同步電機、三級行星滾柱絲杠、多級電動缸的AMESim模型，在AMESim SKETCH模式下添加永磁同步電機、減速器和絲杠模塊，永磁同步電機通過減速器連接三級行星滾柱絲杠，三級行星滾柱絲杠連接負載函數，在AMESim SKETCH模式下進行連接形成多級電動缸模型；

步驟二，在JMAG-Express完成4對極54槽的內置式永磁同步電機設計，輸入電機的最大轉矩限制、最大電流限制、額定轉速、極對數、驅動電壓，設定材料屬性與定子繞線方式，自動生成2D電機模型；將2D電機模型導入JMAG-Designer中，對2D電機模型劃分網格，設置驅動電路電流幅值大小、頻率及相位角，計算出電機在不供電時的齒槽轉矩和額定電流下的穩態轉矩，將JMAG-Express中2D電機模型的二維網格數據輸入到JMAG-RT中，計算包含額定電流和最大電流的多組電流值、全相位角的dq軸電磁轉矩、電感和磁鏈，生成可用于聯合仿真的有限元電機模型.rtt文件；將.rtt文件與步驟一中AMESim建立的多級電動缸模型進行聯合仿真，在AMESim的SUBMODEL模式下選擇步驟一中的永磁同步電機模塊，將有限元電機模型.rtt文件導入模塊設置中，形成AMESim-JMAG-RT模型；

步驟三，根據實際負載情況，建立三級行星滾柱絲杠三維模型；

根據起豎的實際情況計算負載函數，根據車體和多級電動缸的相對安裝位置，建立起豎負載函數，在ΔAOB和ΔAOC中根據三角函數有：