（机械电子工程专业论文）雷达伺服系统的结构控制一体化设计.pdf

攘要 魏代孝毛毫系统露各种稷聚王凝条箨下鹣动态耩凄移稳定褴缝出了越来越毒豹 要求。传统上，首先对机械系统进行设计，然后再进行控制系统的设计。由于机 械系统凌力学特经羁羧翻系统之凌存袭着稳藕合，瓣分囊遴符竣诗黪忽珞? 撬 械性能参数和控制参数的相互作用。特别是在极限工况条件下，按照传统的方法 分裂慰穗攘系绫襄控裁系统进行设静豹结果一般来 蘧辩整令援电系统势不是最饯 的。为了提高憋个系统的性能，应该对机电系统进行统一建模并在此基础上对机 毫设嚣参数霹对避霉设诗。 本文以机栽雷达俯仰伺服系统为研究对象，主要包含三个部分：首先建立了 含盏黢# 线牲因素戆馁羧裁城健动系统麓动力举模型，分蓼 了彀娥传动系统款结 构参数对系统动态特做的影响；其次建立了伺服电气羧制系统的三环缩构模型， 并进纷7 接真磷究；最嚣建立了毽含控制参数釉结梅参数鲍机电藕合摸型和挽他 模型，并利用遗传算法理论对建立的优化模型进行了结构控制一体化设计。仿真 结果表疆，缝搦控割一体化设诗方法在雷达饲服系统设计中怒可李亍的髑有效约。 关键词；霉达镧骚系绞枫电鹅合模型速传算法一捧化设计 a b s 弧c t n o w a d a 鹕氆搴m e c 铡c 8 | s y s 垂c 盥醚翻如f 翔箨淑强铋o f 蘸弦鑫撼i e 弘鼢i 锄躲d 或西i l i 锣瓤也e 她或删蛀o mh 蛔d 姬锄l a lw 8 y t h em 础a n i c a l s 咖c t i 聃o fs y s t 锄i sd c s i 朋e d 触l y ，觚d 也ec 0 曲棚盯删m y t h 盯e f o ，1 h e p e 啪锄狮c eo f 谢h o i es y 撤啦d b o w n n o tb e n s i d c 坤d 勰t h eb e s to a f f - 蝴a t i v d y ， 唧赫萄1 y 证椭n o s t 醯遗罐，舔ar 嘲l to f b c 主n g s i 辨甜哪删y 镌e 糟鑫s 醐o f 酝主$ i 则雒氆e 弧髓硪旺o f 胖出据主矗咖秘瞻鑫鼢e ，。鑫a 哪o f 黼s p o b t 也e m e ch a ! 叻嫩c d 巍驴s h o u l d b 嬲e d t h e 砌q 础m o d d 锄da l l t h e p a r a m 融啦 s h o m dhd 龉i 牡c d 幽“s l 弘 t h i st h e s i si sa c c o r 峨t ol 矗ep i 电c 】恤gp a r to f 囊由t ，o f l l er a d a rs 嚣f v os y s t o m ， g 妇蘸鼯蝴嬲c 鑫懿yo 蕴h f p a 赡s 勤l l o w 遮辫强e 岛繁a m i 鹳描硪lo f 茁e c 妇越s 撵 赶赫湖 蜊$ 蚓翻鼹i sa n a l p 兽df i 描t l y w h i c hh l c l u d e 曲瞎n o 越i 丑僦t yo fb a c 姐a s h ， m e 粕w h i l c ，t h ei n n n e n c eo fp e t e r sf o rd y n a m i p r o p c n i 韶i ns m i c t l l 坤o fl h e m o c h a n i s m 仃拟圆咀i s s i o ns ，r s t 黜i 8s t l l d i o d f l 劬啪o r 岛也em o d e lo fc l 啊c i 锣 c d n 矗o ls y s 重e 礅o f 加f b o 糟e 我磁a fs e 鳓s y 硪髓，翻蛙蘸h a s 氇f 。e 蠡瑚弱“n 缸疆 l o o 鹣i s 轴邈鞠dt i 糟照n 羽旋i s 熊矮搬。烈l a 鸡蛙瞎m e d 瑙毫觏娃烈u p l 撼gm o d e l 飙dq 姬m i z a 土i o nm o d dw h i d hi n c l u d 髂蛐m a t i l p a r a m e t e f s 柚dc o n 打0 1p 啪c t e 姆 a r e b u n tu p ，a n d m 砒o do fh t e g r a 矧s t r u c t i 聪如d c o n 的l d 髂啦i sa p p l i e do n t h eo p 妇t i z a t i o nm o d e l1 l s i n gg a s m u l a t i o nr e g u l t ss h o w 也a t 谯om 硒o do f k t 鲻陡磁s 懿魄聪麴d 叛 珏 辩ld 群i 萨i s 锄s 两l e 瑟de 垂溉wi 建赫d 越s e 脯s y g e 糖。 k e y w o r d r a d 盯s 它r v os y s t e mm e c h 瓤t r o 咄a lc o u p i i n gm o d e lg a l 蟊铷g 糟随d 档i g 曩 西安电子科技大学 攀位论文独创性声明 蒙承学校严濑的学风和优嶷的科学道德，本人声明所掇交豹论文题我个人在 导舞摇等下述纷瓣蟒究工终及联缮豹骚究成暴。器我囊籁，狳7 交孛黪黧糖班振 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包禽其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 耪j 翳。与魏一霹誓终夔弱志对零霹究爨骰豹鼹秘更麸缘已农论文孛教7 甥确翦说 明并寝示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名；黧姿主日期幽曼。厶蕴 西安电子科技大学 关予论文使用授权的说弱 本人完全了解西安电子科技大学有关保徽和使用学位论文的规定，即：研究 生袭控攻读学位麓鬻论文工终浆雪露谖产权攀馥蓬溪安电予辩技大学。学投毒投保 留送交论文的复印件，允许鸯阕和借阅论文；学校可戳公布论文的全部或部分走 容，可以允许采用影印、缩印绒其它复制乎段保存论文。问时本人保诫，毕业后 结会学位论文研究课题再撰写的文章一律署盘单位为西安电子科技大学。 ( 保密酶论文在解毒蓐遵忿蔑定) 本学位论文属于保密，在- 年解密后髓用本授权书。 本人签名；工亟红 导师签名：垄塞盘日期兰塑：! ：塑 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 随着机电一体化技术的迅速发展，现代机电系统( 如空间机器入、z 业机器人、 微电予制造设备、自动检测岛测量设备、计算机磁盘系统等) 对各种极限工况条件 下的动态糟凄窥稳定性绳出越来憨亳熬要求“。 长期以来，传统的机电蓉统设计是一种“抛过埔”式的顺序开发方式哺”，将 机电系统的结构和控制部分分别作为单独的模块来设计；首先对结构部分进行设 计，然后缩梅设幸 久受将设诗成暴耱淘获制部门送行控涮部分翁设圣 ，当程控铡 部分设计中发现通过控制器的设计仍不能满足系统性能要求时，控制设计人员则 将设计成果又抛醐结构部门进行结构的修改，这样依次殿复循环设计，直到系统 住自餮求褥弼满砖。圈1 1 形象静擒述了这种佟统懿“糖j 童墙”斌并发方式。 图1 1 “抛过增”式开发方式 在图1 1 所示的传统的“抛过墒”式顺序设计过程中，同一时期只有一个设计 阶段疆子激活状态，院如在褫械绪祷设计阶段，控潮入受是不参与竣计韵，哭蠢 剥了羧割设计酚段，控刿入受才参与设计，此时结构人员则不参与设计，这样就 造成了结构部门和控制部门之间缺芝必袋的沟通和交互，最终产品的总体性能受 掰一定的限翻；】琏：外，在实际的穰i 窀系统中，杭械结构的动力学祷髂辩控俸l 有蔫 莛要的影确，嚣控制系统作用于规城结构并对其运动特性进行挖劁秘调节，因此 机械结构参数和控制参数之间存在着很强的相互耦含。但传统设计方法，虽然降 低了系统的复杂住和设计的难度，却忽略了结构参数和控翻参数之闻的强稻合链， 2 嚣逡裁瓣系统嚣续麴砖空髑一律纯设计 数姆擞槭畚统襄控制系缝势舅进箨捷他黪德袋捐撩一般来滋缝缓必黢撂裂系统弱 局部鼹优解，很难得到系统的全局最优解“；从熏广义的角度看，传统的设计方 法搜声蘸戆舞发过程存程爱复蕊象，这群不仪造旗了产瑟瑟发爱麓延长，阏睡增 热7 设诗嚣发藏零，鞋褥了薪产菇熬磅发窝藏惩。 髂搀，按涮一髂诧鼹设计思想燕在系统设话过稷孛将续橡参数謦拜控割参数鼹 时考虑谶蠢，对系统的机械结构部分和控制部分进行同步优化设计。这种对机电 系统遴彳亍统一建模井在此辫础上对襁电设计参数遴程露步优化鲍设计思想充分考 虑了缝梅参数帮控镄参数乏溺酶藕会佳，熨翕鼍：褥到系统的全局簸健鳃8 。霉l 。2 鲶交了缝稳箍裁一蕊健浚诗方法毒黉统疆彦设诗方法戆魄较： 露l 囊一霉纯设诗岛诺绕竣谤嚣瓣较 激过豳1 2 的对魄可以辫懑，结鞫艘制一体化设诗方法易乎褥剿系统酶全局最 霞瓣，同时避免了传统设计豹反复循环，缭爝了产品的开发周麓，辩低了设计成 本，榭制予新产品的开发。可见，研究结构，撩制一体化设计方法鼹商理论和工程 上酌熬大意义。 l 。2 结稳经裁一髂纯静鹾究魏状 l 。2 1 图外酶研究现状 蠡予缨掏寝裁一簿饿竣谤方法弱诸多俊点，避晁年来，瓣箕磷究或秀嚣蠹癸 第一章绻论 3 学者研究熬热轰。灏筹辩规毫袋统豹续搀锺空潮一髂毽设谤秀法憨研究生簧集孛袁 戳下簏个方霹； l 、空阕缨擒辨a 妇捆燃) 载入飞船和航天飞机研制成功，势投入商业运营，表瞬穴墅运载嚣络椅动力 学窝控麓繇究煞菜麓美键瓣嚣蒸零解决。毽夫鬻空瓣戆骢发藤给蘩稳麓凳擎带来 了新的问题”。鹭黼的发展趋辩建把缩构动力学与控制褶结含，研究髂构控制的 相蔓作用一体他设计、分析麓试验。其中的笑键技术之一是结构缆制的“合炼” f 弼蛾蟪嘞磅究：农控溪器莰谤串充分考虑戆梅设嚣鬃碧黪获爨蠢案，蕊撵，缝 梅设计也必须考虑挽涮器的设盼黉求，豳l ，3 为n a s a ( 荑国黼家靛空和字宙航天岗) 用于实验验证糕予络掏和控制的集成优化设计方法的窝闯弹悭体。 煳1 3n a s a 罔予实验验证熬予结构和控制的艇成优化设计方法的空间弹性体 姒8 l e l i 档氇霸n 。r b 髓蕊e 蝓瑟了s d 霞e 淹黻s a 嚣发靛逶售揍疆，搓凄了 一种分析固定孀构的机电耦合方法，该方法的主要思想是弦传统的用于结构分析 的软彳串和露予拉涮藤绕分析、谶诗软彳串之阕群发一个遴倍接弱，逶逑该按誓可瑷 实瑷分辑程客麓戆数据簧递、袋统藕念势辑秘一些蔫蘩控制系绞闭琢持挺毽熬计 算和螭成模攘粥。 2 、机械臀结构b o tm 蹦i p u l a l 甜s ) 荧鏊蓬家窘麓磺究貌懿嚣a 靛m ， 铡s b c a 等对文窒藤橇辕譬戆继襁释羟裁 豹集戎傀纯设谤侮了一些研究。馥靠l 髑蕉半定羹静方法霹受餐重秀禚囊力矩豹尖 空觏枫壤髯遴纾雅拣耨弪翎集藏徒纯设访潮；叛结穆夔譬辍黧控裁缝然始为嚣掭 优化结构和控制参数，得到了较好的系统性能。 j 酶n 副 玲。箍p 潮蟮赫畦毽a 镍蠡鬟凄7 一释单饕藕藏辩脊氍魏簇予p 秘良裁 的桃电融合设计方法“，建立了鬃性秤机构的机电耦裔模溅和系统传递黼数，避 逑鼹传递函数零患髑投焘瓣分糖，接簿壅系统调整霹瓣毒浚谤参数黪麓累，然爱 4 霉遮饲攮系统豹结褥搿空麓一律纯设计 以系统谖蘩封阕最短为基橼露数，l ；点粱豹裁瑟足专、控铡壤益移骧动力矩戆掺震 位援为设计变量同时对结构参数和控制参数进行优化设计。 壬l 。蛾j - 珏。p 羽c 【1 1 1 等不仅对擎甓柔髅粱截瑟尺。重进簿7 傥织，瑟显慰粱浍 长魔方向的截面变化进行了优化设计，如图1 4 所示。该方法以质量、转动惯薰和 梁端点的最大变形传为约束，把梁i 爨长度方向划分必若干擎元，用a d a 稷_ 亭窝 优化程序结台进行了截面形状的优化设计，进而在形状优化的基础上结合p d 反馈 控制，以驱动力矩的位置秘控毒增焱为设诗变量，以系统调整时阉最矮为鬓标函 数进行了优化设计。 图1 4 柔性粱截愿示意图 a m 托咀c p i l 帮h a n l h i bh a s a d a 提出了霜蘑归试验饶纯方法对税电系统迸彳亍 机电融合设计，遇过测试、性能分析和物理模型改进的循环迭代过程实现了机 电参数静最後纯设诗，并将该方法巍疆鬟耩器入定豫系统串静辊藏筝臂静设计， 验诚了该方法在机电系统融合设计中的可行性。其迭代过程如图1 5 所示； | t 攮h l 参鼙啦鲁拜 ，l q t 怿 即豳 图1 5 网归试验遮代示意图 3 、系统振动控镑4 b r a t i o nc o n 蚋1 ) 随漪现代航天技术和机器入技术的不断发展，对空间机械臀的设计与研 究提出了新的要求。一方面是辍型化、榘性化设计，以降低能耗：另一方藤 又努须考虑由予柔佳臂的弹性引起振动影响机械臂的操作精度。因此，柔性 q 引 第一牵缮i 台 5 机械臂振动抑制的研究已成为机器入领域的重要课题。o 掰c yc w c 龃n o nr h 拓圭簧研究解捩柔毪税藏篱静弹性交形两产生静残余振动淘蘧n 。箕蒸本 思想是癌装袭受按对象上黢传感器连续捡溯控铡对象豹响应( 谯移，速魔、 加速度等) ，将这些响应作为控制器的输入量，控制关节对受控对象施加力 和力矩，以满足一定的振动性能指标骤求图1 6 是主动减振器的结构和控制 的集成优纯设计。 翱l t 6 主动减攮器瓣缝撂秘控制豹集成优纯设计 i 2 2 国内的研究现状 羼内在缕拘控制一体化设计方霹也进行7 缀多研究，主要集中在以下几个方 面： 张宪民提出了弹性连秆机构结构和噪声控制一体化设计，建立了高速机构噪 声辐射声学模鳌，对税构噪声辐射静般瓶律谶行了研究，并自主汗发了柔馁结 梭多功缆试验台；疆究7 柔性援橡振动豹圭、被动控潮翊趱，设计7 多秒控制器， 并进行了比较研究；在机构声辐射控制中，提出了机构结构控制一体化设计的思 想，对基于噪声控制的机构结构参数和控制系统集成设计问题进行了研究o ”。 张俊华，张方，朱德懋簿介绍了稚电缩构的结构，控锖一体亿设计方法“s 。对 于离散分毒、溺饿配鬟压毫冀驱动器帮传戆器黔压奄藕合板f 毽1 7 ) ，蓄先橡选7 理麓点黼冼。鳆形扳弯攀元，从丽建立了有限元模型。在此基础上，给出了主 动阻尼振动控制模型。将系统的存储能量指标_ ! 嬲结为一个t 归p u v 方程的解，以 系统的存留能量指标为适应度函数，以驱动器和传感器的位鬣及控制增益为优化 参数，莉霜基子共享醋数梳翻夸生凌技术静遗传算法进行结构，控制一体亿设诗。 逶过一令悬饕压电缀会叛遴霉? 实猡1 分援，璎究结果表嬲，该方法是鼹决终 匈 控制一体化设计麴一种有效途经，可以得到多个最优解或次优解。 6 霉运饲缳系统静结稳艘裁一体纯设计 i 图1 7 压电援鬣图 此外，吕胜利、张宏伟和严天宏镣人分别从独立模态空间方法、行波观点和 模拟退火算法等焦度对压电结槐遴露了结均堪空剑的一钵纯瑗究“毋。 朱灯林，纛安麟等以单臂机械手为对象，研究机电累统的机械，控制并行优化 设计，擐据单甓规械等的动态姆性羁撩割性能黉求，采用极点靛置方法掌每造了蒸 于p d 艇馈控制的机电融合优化设计模溅，通过p 彻e t o 遗传算法( p g a ) 对带约束的机 电耦金多目标优化闯题的并行求解进露了研究。此外，他 】还以系绞的基频秘 控制能蹙指标为目标随数，对机械参数和控制参数进行了优化设计吼“。 李锋，刘剐等提出了飞机防滑系统结构谐振一体化设计思想。”。纂于飞机怒 落架中相应结构的变形与主起落水平纵向“走步”振动的联系，建立了以整个起 落架系统为实验对象的防滑系统惯性台试验系统的数学仿真模挺。以该模型为藻 础，磷究了控稍器参数对起落桨“走步”现象的影响。仿真结果表明，该设计思 想的防滑系统综合控制效果较好。 牟金匿，郯钢铁等制定了一俸纯振动控帮8 软件豹设计方案，为使软梓具有 处理大溅结构的能力，将通用裔限元分析软件m s c n a s 砸认n 引入到软件系统中 作为结构分析邈模的基础模块。并编割了用予软件迸一步开发和功能测试的软件 原型系统。 落维等入提出了稀向控麓豹机构绣构和质漂分配设计，认为受控机构帮可控 机构能克服传统机构学的弱点，具有更好的机械性能，也具有更重要的工程实际 意义。谣囱控锈豹设计能有效鹣蔺纯撩稍系统设诗。教营祝鞫橡垄帮对祝构鞫 牟 质量进行优化分配是面向控制的机构设计的主要内容。已有研究表明，面向控制 嚣设诗蜀苏餮嚣缝改善税梅运麓经簸，减少振动，提寓辊褐鹣准确经帮可靠往。 然而，从机构的运动学、动力学和控制设计综食考虑将是一个复杂的、严重非缝 经豹滔遂。葱襻有效圭蠹综合各方面，攥离祝梅豹运动馁缝将是令寄稽解决静滔 题嘲。 李稳字、锌握等稳掰墓予多学瓣设诗戆复杂撬毫系统势学设谤秀法渊。锋游 目前复杂机电系统设计采用各学科分离进行子系统串行设计的现状，在分析机电 系统耩念特薤豹基疆土，簌复杂瓿毫系统著霉浚诗懿受度蜜发，势析了应焉多学 第一章绻谂 7 辩设计方法竣谤撬激系缓赞零狂馁，秀今瑟靛深入研巍抒下鏊稿。 都慧君等箍密了蠡轮机梅每髑服掇制系统集成设圣 的溅论概念，辩缡出馥籍 翅照袋袋系统麴系缆设计准则，势应用最捷羧嬲理论撼感潋蓥从动件邀淤学特性 以及抑制从动系统振动响应的幽轮转速函数设计方法，初步形成了凸轮机梅与倪 驻控戮系统蘸黎袋疑诤毽论麓蓥零蓬蘩勰。 练上所述，尽管结构控制律仡设计方法筚在上t 鼗纪8 9 0 年代就羿始研究， 但罴粼羁蘸为瞧述没肖形成一个玩较完善的设计方法，嚣静的体化研究中涉及 辊奄鼹凝系统熬还臻当少，露撬壤翅服系统楚典型魏魏龟一钵健系统，骈究撬耄 镯鼹蓉绕戆一体诧设诗有理论和璐实意义。 1 3 雪达伺服系统的机电耦会分析 嚣迭伺服系统燕典型的机电体化系统，长期以来，对予像雷遮懈服系统这 样酶枫电藕合系绫，秃论在琏谂上还燕在工獠设诗孛，都投入为遣裁链淹两郝分 一规壤帮努襄控制部分，姨瑟产霪蒯终了霉这绱骚系缝豹惑体性裁。 撼述祝、邀数学方程翡变麓楚梧鬣藕合，籀蔓影穗戆，它察是穗麓终冀懿系 统。孤立地研究繁方面，都举能从熬体上对系统进行把搬。因此，我们必须从 藕合麓建度黠糖毫系缀送行臻巍。 露这餐瑕篆统一羧惫摇耩城系统( 橇稳) 、控麓系统( 耄予) 、驱动系统( 邀裁糗 等三个主要舔分，魏强1 s 繇汞； 匿1 8 错选伺服系统基本组成示意鼙 煦1 8 所示的嚣达伺服系统的兰个子系统的动力学方程统一用状态搿程表示， 霹接恣露下： s雷运霭鬏系统薛结构艘裁一体纯设诗 撬披方攫( 疆方摆) ：t 毒气+ 段+ 雾， 凡= q + d _ 驱动方程( 焘方程) ：毛。毛+ 坟蚝 儿= e 毛+ 见 控剜方程( e 方程) ：毛一4 墨+ 茂 y 4 = c 。x 。专d 改 耦合条件；儿= ，咒= ，靠= ( 1 - 1 ) 式串，为筑械系统豹辩魏籁入，镌分瓣洚枫藏系统，驱动系统、经裁系 统的输入，毛，为状态变量，一，儿为输出，以，4 ，4 为状态瓶阵，戌，垃，芝 为羧鹾矩簿，o ，乞灸簸壅短薅，域，玩，绣为耩合踅簿，毋为手撬篷簿。由 雷选伺服系统的三个子系统的状态方程可以看出，机械系统的输出是控制系统的 输入，整裁系统熬埝鑫是驱麓系统熬输入，嚣驱凌系统戆潦窭又爨凝藏系绕熬输 入，可见，雷达伺服系统的三个子系统的状态方程是相互耦合的，由于耦龠的存 在，傻褥各予系绞状态交璧瓣交纯璃霹缝雩| 起其建予系统熬状态交爨夔交纯。 雷达伺服系统的耦合模型可采用传递酌数或状态方程进行描述。然而，机械 与壤气控裁是秀今攀圆熬掌辩锈域，窖鼹来说，这葶孛集成黪壤会模塑熬建奠霸求 解都存在困难，因此这种模型只适合结构十分简单的机电系统的描述。对予复杂 的情形，塞采震分农式藕合模型遘经接述溯。瑟谓分毒式藕合模型是摆怼臻攘、 电控系统分别建立备自动力学模型，然后通过在两个模型间传递耦含参数值，实 现：蠹静关联。雷达彝鼹系统约分毒舞会模爨熟图1 9 茨忝： 图1 9 雷达伺服系统分布耦台模型 蜜手髯这霭黢系统存袭着上蚕分褥戆耩会关系，掰疆本文试受在逮一领域， 无论是进行理论研究还是进行工程设计都应该将这两部分结合起来综合考虑，遵 守“必控裁瓣实瑗嚣设谤撬棱缕梅；兔克服缝梅熬疑錾嚣逡露控裁器浚诗”熬原 则。 本文铮慰雷达镄l 蕤系绞豹撬邀禚会将搜，痉用缝魏，控制一葬毒l ：设谤方法鼹菜 机载霄达俯仰伺服系统进行了一体化设计。仿真结果证明，结构，控制一体化设计 方法在霍迭键鼹系统戆设诗孛是霹纾熬彝鸯效熬。 第一章德谂 9 l 。4 内容安排 零文豹内容安搀为； 第一章介绍了现代机窀系统慰系统性熊的要求和机电系统设计方法对系统 综合髓能的影响。并辩鬣内穸 橇电系统结构砑整捌一体俄设计的研究现状避行了综 述，并分析了鬻达伺服系统的机电藕合特性。 第二拳铮慰霉达爝瓣系缝多级盏绘传动瓣特焦，建妻了单级墟轮蝼会单元模 型，从攀级齿耱噻余攀嚣入手，分辑7 本文德殿槐城传动系统戆特点，进褥建_ 藏 了机械传动系统的动力学模型，并对其迸行了仿真研究。采用本文的纂本单元法 可容翁地建立多级齿轮传动系统模型。 第三章奔缮了饲瑕奄气掇鞠系统熬繇鼹浚谤愚想；在熊基磁，叛霉达饲瑕 系统上广泛采羯熬p 瓣调节鼹镑 牵髑瑕系统邀移了基滚垮、遮魔霹= 帮穗零蓼熬设 计，建立了伺服系统的电气控制模挺，并对建立的电气控制横型进行了仿真研究。 第四章基于第：章和第三章的内容，建藏了本文机载雷达俯仰伺服系统的机 宅藕合模疆，势在藕合攘型酌蒸磷上建巍了结 奄露空隶l 一体纯德纯褛垄，莠鼹建焱 翡优鼗搂鳌迸移了一体他设毒 。献嚣秀今蜃瓣遴步磷究佟了镶垒。该方法可软 作为饲服系统设计的耨方法加以利用和好发。 第五章对全文进行总结釉展臻。 蓁二隶裔骧辊辘系缓静建摸 第二章饲潍杭械系统的建模 慰予髫_ 遮囊裰蓉统这撵：蒸蘩鲶飘惠耩合系统，转统设访方法将懿辕酃分褥羧 搿部分努舞竣圣 ，款两裁终7 雷达饲驻系统豹踩奢缝熊。数本文挺窭针对零遮髑 搬系统斡结构磁! 翩一体纯设诗方法，戳怒离雷达禽派系统静综合往麓。零牵擞黉 介绍伺服机械系统的建模。 2 。l 机械传动模型的建立 2 1 1 齿轮啮合单元横型 由圈2 1 所示的雷达伺服机械系统的彩缴齿轮传动特点，可以看出这样的多缀 鼗舱簧囊系统楚塞一令令擎缀蓊耱啮含攀嚣缝套嚣或。瓣熬，联突多级鸯稳终貔 系统，霹获鞣究攀缓齿耱噻舍攀嚣入拳，逶瑟接获至l 整个多缓落耱传动系统。 螽玲凝转鍪模罂 臣舅至m 翔倒 i 。，! r 。“。1 一翅圈幢9 卧 j f - 一- - _ _ - 一- 一 i ! i i ) 4 1 1 1 1 ： 4 j i 蜩 乙，。，： ( 1 ) 蹲效模型 瑟2 。 多缀卷轮姥羲裘统 霎遮儡瓣鬣缀鹃旗橡熊翩一体纯设诗 慰予霆2 1 鬟忝懿多缓嚣轮簧魏系麓，警不考瘩褥凌毒蠡、囊箨辘承耱餐髂簿黪 弹馁变缝酵，其革缀滚轮噻会单元霹数籀纯处理成秀纛轮囊瓣猛转羰动模麓，本 文翳攀级齿轮蘧会摹嚣模型中考虑滋塞? 巍羧簸毒# 线性嚣素。 在齿轮传动机构中，齿轮传动系统的工作极为复杂，不仅载荷工况和动力装 鬻会对系统弓l 入夕 郝激瓣，霹且凌辘戮零身的时变啮合嚣4 度糨误差也会黠系统产 燕内部激励。同时出于润滑目的一般也念提供必要的齿隙；此外，由于齿轮传动 避稔中的磨援，也不霹避兔的在齿轮粼巾遗成齿隙。在低速、重载的馕况下，耀 传统的线性动力学横擞就可以较好的魇浃齿输传动羽振动特设；在高速、较载的 情摁下，由予齿敬鲍枣在，蕴轮闻的接触状态将会发生变化，导致齿轮阉接触、 脱巍、孬犊簸豹礁入罐出狰毒，这耱奎巍黢萼l 发靛洚鑫会豢蘩强烈弱振动、爨声 籁较丈熬动载赞，彩旗塞轮戆寿禽瘸嚣纛瞧辩，。霞憩，在臻究系统毪穗翼孪藏兖转 鸯惑畿豫 # 线毪嚣素薅影璃。 麓着控铡要求的不瑟提态秘落骤嚣线性研究的逐步深入，齿骧嚣绫健模懋墩 经历了不断静密薪和究善。在实际系绕巾，齿陈菲线性可戳存在于传动系统的不 同环节；位予传动齿轮或传动链乏闻、电机输出瑞与泼轮箱连接处等落。农祭绕 静不嗣位置，产生齿陈菲线髋瀚部粹鼹露不潮静特点，穗应戆，齿隙簿线性邈麓 现出不同的特征。研究中，根据这些特锻姥囊了不同的齿隙非线性模型，其巾遐 滞模兹、死嚣模型最为广泛嘲。 避滞模型的输入怒位移，反映了输入和输出敕位移关系，它没有考虑黻越， 魁霰宠传魂是楚鼷缝熬：死送模鍪豹输入蹩糟对整移，输毒是力矩，爱映了累缀 藜动辩麸囊部分戆力爨簧递关系，京瓣辩考惫了系统粼整蠢瓣霪懿影浚。实鼯系 统中，齿藏雾线缝嚣霹竣入蠢瓣辫静稳瓣壤咎矗参考荚。嚣瑟，琵嚣模鳘嚣褥套 实际情况。故本文豹鹭豫菲线悛模婆 采臻死嚣模型。 黧2 。2 舞含宥塞豫落线经豹革缀豢轮曦会擎元动力学模登。 ，g ，& 整2 2 齿轮峨螽翠元动力学模鏊 冀孛，鬈，乏分裂隽蠹轮戮鹣输入释输毽转矩，毛，为噻窘懿主被韵泼辘灏 转动惯量，嘭，吃为转动角度，# ( f ) 为轮荫误熬，本文忽略轮齿误差的影响， 蘩：肇藏瓣撬摄系统熬建搂 秀落轮熬基嚣率绞，墨e 分裂必泼轮鹣磕台测爱襄礁会隧戆，霉为齿黢的菲线挂 方纛。 掇据牛顿歇挝磐稳捌写出肇缀齿轮瞌合单茏的动力学穷稷潮为： 厶已+ 冬c 【巳一致】+ j 茜留= 鬈e 知1 ) 嚷一气唾名岛一气靠卜名l 愆= 稼嚼 其中，g 为烤骧太小为劫的齿黢j # 线性方程，为 譬掣 务l 士氛 张伺服系统中，警控制对浆的转动惯量不大、系统跟踪角加速度脊嵩、而传 动装滗黥嚣l 度较大簿，耱羲静滚氍至蹿象之辩魏凝藏传动瓣戒楚绝黠潮髂铸凌， 忽略弹佳扭转变馊怒妥当的。稳盎曩果缨性较犬，系统遴频侉又魄较宽，系统运动 遵褪孛健餐辘懿辩馁援转交形将造成爨显滞爨，其传递特饿将爨现较高戆谐摄蟓， 形成机械谐振，对系统的动态性能影响较大，甚至使系统不稳定。为了使所建立 懿壤受缝更努爱获嶷辩系统煞巍实壤影，套必骚将簧动辘的挺转粼疫考虑进去粥。 志嚣分绥懿攀缀齿轮噻会攀嚣模黧，是程忽貉转凌辕l 鲑转蘸度静蒲嚣下建壹 熬，现推导考毖镥旗辘楚转鬻g 魔鬣戆擎缀齿轮螓会单元模激。爨2 3 是单凝齿轮噬。 合单咒的旋转型模激和等效直线型模溅。 旋转型壤爨 矗 矗 硝 v i 、0 * 7 ) 黟淡2 1 裁霹数计算壅孛阊轴豹等效藏转辫魔恕： u 。三+ 上+ 上+ 三 卜羲? 。竺j 心t k 警舻 。 由予负载输出轴形状不规则，本文将其作适当的简化后利用有限元分析软件 囊n s _ y s 诗舞窭受载赣踺鞭整转嚣度麓熬筐； l ，、盏轮鹣转魂蠼爨渊 五一警* 掣肛；一够 蕊= 等阳一 2 _ i 国 骂一警卿吩 根据公式( 2 1 0 ) w 阻计算出替个齿轮的转动惯量，其中，q 代表各个泼轮的 藉赛r 本文黪二缀壤耱传羲戆馥宽酃彀凳叠；d = l 翻磁，碡，蕊癸麓我淡齿轮戆 分度躁藏径和半径，p 为齿轮材料盼密度，确，鸺分别袈示麓、低速级搬轮的模 数，墨咎= l 勺表黎备个齿轮瓣滚数。 雷达镯菝系统豹结辍髓铡一体纯设计 2 ) 、装轮鲍噻念嚣疫粒噻会眶熙 本文中齿轮的啮合刚魔用平均啮合刚魔代替时变的啮合刚度，由h e 毗弹性碰 撞邂论，泼轮豹乎均噬会别度可撂懿下公式毒 算。 置= 詈r 弓e ，古；半+ 与 ，嘉= 去+ 专 q ， 互，忍，u ，屹分别为啮合齿轮的材料泊松比和杨氏模量，焉，是为两个齿轮接触 焘楚戆当囊拳径，鑫予齿轮豹齿裹秘分疫嚣拳径攘魄较夺，溺兹其燮动莛罄较夺， 可i 琏似以分度圆半径代替齿轮接触点当量半径。本文的高、低速级齿轮的材料都 取为稳露，予是擐援土瑟黪公式，簸霉缓谤舞塞蹇、低速缀迭轮副豹噻合爨凌： 一三置q 韪 i， ( 2 _ 1 2 ) 五三 屯。一 足匕如 一般可以认为，阻尼现象是由系统内部相联系的各个运动部件之间的摩擦引 起的，其理论计算相当复杂，曩前一般采用模态实验的方法测量系统的相对阻尼 眈，由于实验条件的限制，在此参考相关的资料，取系统的相对阻尼比为 善媳0 5 ，由此反求簿效阻尼： c o = 2 孝k ( 2 - 1 3 ) 鑫公式0 1 3 ) 霹荻羚箨出蹇、低速缓豢轮静镶含疆嚣鸯： p 2 善些 ( 2 1 4 ) b 一2 善岛。 其中，鸺 ，封为高、低速级啮合齿轮的等效质量，表达式分别为： 3 k 齿稼熬选取 齿隙非线性既鼹机械传动过程谶常运行不可缺少的一种非线性，同时也是影 穗象统蘩态缝旋窝豫态耱度瀚重要鬻素。鼗豫 线後建交予祝禳传籀系统孛运魂 部件之间存在的间隙导致的非线性能雹误差，它发生在旋转运动或直线运动的部 箨之阉，存程子掰寄戆驱动部分( 逛糗) 与被嚣麓都分受载) 零楚壹按涟接煞税壤系 统中。对于齿隙大小的选取方法，结构工程师在进行结构设计时一般都是根据经 验势参照援壤手黪，取一令近钕豹最夺凌豫。概攘手蘩渊审美予篱黢熬参 垮 塑 第= 鬻餐摄撬藏系缀黪建模 考标准如表2 - 2 掰承： 袭2 2 薏夺法离裁漾 叠l b 糟)蟪o蒜d _ 1 2 5 l 捌如1 8 0 1 8 蝴域5 拉弓1 5i j 。由) 9 l s 1 2 0l l 扣1 4 01 2 8 一l 醐1 4 8 1 8 51 6 8 2 l o| & 妇)3 l 知诤嘧h 稍扣5 ( 鼯 鬟黔州量3 0 6 3 秘薄8 戎卜1 0 酌l j 。m ( u m ) 1 8 舢也3 0 抛咖七5 02 2 4 吨8 0 2 5 伊0 2 02 8 8 3 6 0f 冀中t 露鼢够袭示耱噻合魏纛轮熬串心鼷，磊血国唪袭零螽轮裁熬躐枣法巍 甓| 蹶，蕊本文磷究静巍藩是霉蠲翻稼，穰据法淘德豫帮灏瘸镘| | 潦之掏酶关系式渊； 矗= g 掰。s 虎 ( 2 一l 妨 磊麓壤躅夔骧，文必法羯瘳! | | 黢，筑为蠹轮豹螺旋囊，对予举文孛豹蕊泼灏拄攘 籍反哟；窿。为齿轮的礁合角t 本文取搿。= 2 秽t 掰l ；乏，辩于蠢齿圆接畿轮，茂 ( 2 - l 妨麓化为； 是= 绝( 2 - l s g w 进而最小圆周侧隙为： 丸血一照接一l 秘 s “w 对予本文镱秘瓣耱转动祝擒，蔫逮级戆蠢轮孛心繇必蝻= 4 5 溯l ，低速缀戆 为如m1 2 6 m 矾，据此由表2 2 可以初步确定高、低速级齿隙的范围。爵根据半齿 豫辩镄计公式耩衅，帮 岛= o 0 5 粉 4 ( 2 1 9 ) 就可戳计算出商、低速缀半齿隙的裙始设计值； 主三麓 ( 2 晚；o 0 5 镌 、。 2 - 3 瓿簸羲统静建模及臻真 前简介绍了单缀齿轮啮合单鞴模型的建立殿本文俯佛伺服浆统机械传动部分 特性参数的确定原则，下面集巾分缨利用m a ：r b 蝤集戏的s 搿哪驳n k 模块，建嶷 瓤援传动系统鹣动力学傍寞攘黧。 m 蝴。a b 集成的s i m u l k 动力学仿真模块，提供了誊窗的模块库w 以帮助 用户快速趣建嶷动淼系统仿真模激，还可以穗罄干功锈模块缀合成子系绕，建藏 2 e 嚣选镯辍蓉统瓣缍构露空懿一髂纯设计 越癸层懿多缓禳璧；s 斌例雠撵鼙摄袋了交互链缀强翡嫠囊环凌，嚣霹戮爨过 下拙菜单执行仿真，也可以i 匝过命令行进杼仿真。有了s d 汛j l 烈k ，用户进行仿 真敷同黠，霹采震交嚣袋撤处理毂方式，方便地爨换参数求避褥“w 酗j 扩坟躲 分辑佐冀。 魏终慰子夫多数甏这饲驻系统减遽器，其僚旗形式莓羲势痰一令令誊稔螓台 传递而成，其传递过程是由众多单缀齿轮嘴台单党带联组含而成，当所研究的齿 轮级数较辫对，列写漂绞题动力学方程是一璜复杂藤繁琐的事馕，藤利愿 s 秘躐疆，搔戮煞瘫瑟攀蠢，遴逶将疯感单元避行筑蠢藏霹毅壤套荔鼗貉建毒镑蠹级 数购齿轮传动系统，从褥熊节省对间稠提窳效率“”。故本文采瘸s 秘汛珏刺壤 对系统遴行动力学建模及仿真研究。 剩翅s 粉浓珏蚤模疑攒建戆考虑转裁辘援转剿缱戆单级畿轮噻会单元糕鼹懿 盈2 ，p 薪承： 整2 尊诲轮噻套莘，糕滗 利掰搭建出豹单缀齿轮储合单丽框图，即可方便、快捷邋捺建融本文绱仰伺 服机械传泌系统模型，如图2 1 0 所琴# 筹二章髓耱融藏系统驹建模 豳2 1 0 机械系统横挺 本文髂秘减逮嚣豹秘始设诗参数麴袭2 3 所永： 袭2 。3 藏馋减速赣 齿轮副净号 l 2 小齿轮数犬荫轮数 8 5 4 1 8 1 5 e 齿顼爨囊经( 瓤& ) 2 5 7 03 02 2 8 分度鞣粪嵇( 椰扼56 7 52 72 2 5 齿根圆直径( m m )1 9 _ 3 7 56 4 3 7 52 3 ，2 52 2 1 2 5 齿厚( 擞m )1 9 6 2 51 9 6 2 53 + 9 2 53 9 2 5 蠹爨( 救n ) 1 8l e1 0l e 模数擞 l 。2 5 1 5 蕊合魔l 。6 5 ” 1 7 往带( i l i )2 0 3 2 h 1 6 9 3 3 压力角( 度) 2 02 0 孛惑藏( 黼)4 51 2 矗 材辩密度 g ，m 5 ) 7 8 b o 输入力矩( n m )。6 。9 。 电机转动惯量( 堍n l _ 2 ) 1 9 6 8 0 4 嚣达餐派累统静结稳艘麓一体纯设计 根据绘定豹麴关初始设计参数，剥震2 2 节确定参数的公式，帮霉谤雾爨机械 系统的初始参数，如表2 4 所示： 表2 毒机械系绞翘始参数 齿轮l 的转动惯薰i i1 9 6 2 脚6 k g 2 齿轮2 豹转动馁鬟垂2l 。5 s 4 酗4 琢 齿轮3 的转动惯薰b 4 0 7 e - 0 6k g 钟 齿轮4 魏转动惯爨 k8 鸯l 鲻逛 负载的转动惯煮b1 1 0 9 _ 7 5 k g o 癌轮j 魏分度匿举径 r l 1 1 2 5e - 0 3 m 齿轮2 的分度圆半径r 23 3 7 5b 0 3 m 齿轮3 的分度圆半径&1 3 5e - 0 3 m 1 隆轮4 的分度圆半径1 1 2 5 鼬3 m 齿轮l 的基圆半径1 1l o 5 7 le - 0 3 m 齿轮2 鳇基圆半经龟 3 1 7 1 4 娶0 3 破 齿轮3 的基圆半径n 1 2 6 8 6e 0 3 m 藩轮4 熬基霆半径矗 1 0 5 7 1 6 e 每3 礅 齿轮副的啮合刚魔k l 址 1 3 6 7e + l m w m 齿轮副静喧台剐发如。 1 舒糖 鞠觚 齿轮副的啮合阻尼c l 1 4 7 0 n s ，m 齿轮耐的塘合阻怒c 2 2 0 l g n s 矗n 电机轴的扭转刚发k 1 5 0 8 6 n m 礴d 中间轴的扭转剐度k 1 8 7 0 0n m ，m d 负载轴豹扭转8 度k 7 9 3 8 8 0 n 强詹8 d 高速级齿隙2 b l1 2 5 啪 低速缀蓬骧2 毽 1 5 氇瑚l 有了机械传动系统的初始设计参数和搭建出的模型，就可以对其进行动力学 仿冀研究，现以电幼税输入转速戳= s i n 对机械传动系统进行仿蠢研究，得列 有荫隙和光齿隙情况下负载输出转遮和电机输入转速之间的仿真结果对比情况， 鲡瀚2 1 1 所示： 第= 牵筒羧橇辕蒹统熬建搂 m ) 瓣焉燕骧爨冀叠缓 秭嚣爨辕焉帮薮夫照缝 确_ 哪# 0 嘣_ 可知l p 棚s 蟾耐 椭h峨 ( c ) 荫瀣隙仿真曲线( a ) 有齿礅局部放火曲线 圈2 1 l 嗽穰输入转速与敷载输出转遘辩魄 赉毽2 。l l 麓激番凼受载转囊每毫裁转彝楣瓣，蛰套零文系统熬二缀德轮绪凌 特点：丽受载转速横值是毫枫转速福值与减速籍传动眈黪跳谴，符合减速藕戆减 速增扭作用。这说明本文机械系统模型的建波基本正确。 囊l = 努，避过鼷盖 l 鹣霹磁，还霉驻看鑫蕊骧嚣素簿负鼗转速翦影稍僚懑，鸯手 蠢豫馥线往黻索鹤存在，镬褥氖载魏辕窭转逡螽线率平瀵，密现了攘荡帮洚蛊。 因藏，齿豫嚣线橼嚣索是对本文系统经髓影镌琵较严整的阂索。 下面再典体分析下本义系统韵高、低速级齿隙对系统性能的影响情况。分 两释镑涎薅囊蘸究； 璃速级齿隙为1 6 0 卢辨，低速级齿朦为蛳州 离速缀蠢辕隽雕辨，低遴缀遴豫为l 鳓撒 嚣这橱骧系统蘸结构缆翻一髂纯设 受载转速懿仿真结聚妇銎2 1 2 爱示； e 喜 暮 1h呻1忡) ( 的高速级齿隙影昀曲线( b ) 低速级齿隙影响曲线 鼹2 ，1 2 嵩、低速缴蘅隙影确 对比图2 1 2 的仿真结果阿以褥如，对于本文俯仰饲服机械传动系统的二缀齿轮 传动机构，低速缀齿隙( 末缀齿隙) 对系统的饿能影响较大。 2 4 本章夸结 本章蓄先锌对甏这锤激祝械系统静多缀诲轮褚动特点，分拆出臀达镯溅祝棱 传动系统一般都可以看成由一个个单级齿轮啮合单冗组合而成，进而建立了单级 齿轮噻会攀廷模鍪；其次对本文梳辘簧凄系统豹特饶参数静选取终了译缨介绍， 为厝面的仿真作了准备工作；最后在前两步的基础上，建立了伺服机械传动系统 豹动力学模瀣，著瑟其透露了往奏聒究，验溪了本文狡藏系统模鳌建立豹正确毪， 同时分析了齿隙非线性因索对系统性能的影响。 蒸慧鬻蔼溅壤气按铡鬣统酶建壤 第三章霭鼹电气接麓系绫戆建模 擞第二章介绥了本文雷逡俏服机械传动系统模型盼戆崴，为7 辩零冀的系统 逶露缝耩壤! 粼一体缳浚诗臻巍，还痊建立爨骧毫专控裁系统模垄。爨憩，在零牵 将熹簧介绍伺服惫气控制系统模型酌建立避耩，并对毫气控制系统瀚群鼹设谤洼 行了分析。 3 。l 霉遮馕服系统的环臻浚圣 分鳐 辫达天线伺服机构是伺服羝统的麓要组成都分，在系缆中，它既憋个被控 鹫象，爻是天壤系绫，是天线或喾蠢学、毫辚及红努壤踩装嚣翡支撵鞍措瀣装藿。 当天线工作时，伺旅机械结构中的驱动装鬣，接受伺服系统执行元伟( 筒服电机) 瓣力楚转递，傻必线秘其穆躐黥装嚣麓够攘络定焦遮嶷及角熬速度矮动，准磺撸 内联檬。根掇天线伺服系统艇威快，渤作迅涟、耪魔搿鲍特熙，对饲般枫械结构 鍪式巍性憨赛霄较嵩葵求。 然而，就电机丽言诸如电网波动、启动死区、速度静麓簿的存禚徐犬大降低 系统鹣牲戆；霉糯上番转手摅熬影嚷又会绦系统豢寒稚霉申# 线性困豢。麴鬃挺这 些辩燕裁苓羁豹溺蘧帮集孛戮键耋黪来释决，势必熬丈惹绫熬设嚣罐凌，霞往缳 蘧嶷瑷颈定瓣援髓指标。西就，通常在寝零环设诗之前对象缀进行改选”。譬 改造的方法就是在系统中弓l 入内部闭环，通过反馈通j l 茔来改善对象的动、静 态特摄，增黧蠹环“掰度”，据蔫搀刹予撬缝力，鄯掰疆嬲扶_ | 羼疆苇三弼系统。本 文镛暇窀气掩澍系统氇采用扶瘸诱节三环系统，其控耧系统结稳模垂聪貉焉黧3 。l 赝薅熬框图来表瓣，其中只为框架参考角缀溅输入信号，绣为输出角饿置信号。 晓想在控制作用下在一定的谈麓范围内跟踪最角的变化轨迹。 围3 1 俯仰控制系统框麟 在实际设计审成适当选撵低频袋和中鞭段参数，在保诞系统稳态精度和稳定 鬣这餐辍系统戆结鞠艘稍一体纯莰计 馒的前提下，使系绞具有嶷好的跋随性能，并如强慰负载扰动懿调苓能力。采熙 从内向外，依次设计电流环、速度环和位鬣环，根据系统熬体的性能指标邋当分 配相应的设计指标，按典型系统设计控制及李 偿环节。实鼯调试中往往还器蘩根 据外环控制出现的实际闯联作相应改变，必要时内环的参数要根据外环的需要反 复调整汹3 ，直到满足系统榷能要求。 3 2 电气控制系统模型的建立及分析 3 2 。l 直流电动机的数学模型 根据上节对雷达伺服系统环路设计的介绍，本带将具体介绍本文伺服电气控 稍系统模黧的建立过程，并对其遴行分析研究。本文中的执行机构是由直流伺服 电机驱动，敞在建立伺服电气控制系统模型之前，酋先建立直流电机的数学模型。 在电枢窀流连绥豹情嚣下，窀枢西路静电压平衡方程为渊： 护如舭蝴+ l ( 3 1 ) “怒加到电机两端的电压，占是电动机反电动势，f 是电枢电流，r 是电枢阐路总 电缀，是惫抠回鼹总电感，霉= 影爱舔蠹瞧褪圈黪电磁对瓣豢数。舞显考： e = 琏氏 ( 3 - 2 ) 称为反电势系数，壤为电视辘静转角。 对于电机而言，其转动轴上的力矩平衡方程为： i 磊2 毛氏+ 玩或十鸩( 3 3 ) l 矗= 墨f 。 艺代表电机的输出转矩，蜀是电机的力矩系数，蝇是电机的扰动力矩，是电 机电枢的转动惯量，最是电机转予阻尼。 将上述筑( 3 1 一3 ) 同时纽氏变换，得： f u ( 力一万0 ) = r ( ，q ) + 誓，0 弦) 嚣0 ) = 赶护国( 3 q 【，p ) 墨s t + 。口( s ) j 由方程组( 3 哟就可以得到如图3 2 所示的电机数学模翟的s m 御l i n k 方块图，图中 各符号的含义同前筒的定义。 第三章伺服电气控制系统的建模 u 卜懂r 咙叫壶f 坛f 彳 图3 2 电机模型框图 本文俯仰伺服系统驱动电机的相关参数如表3 1 所示： 表3 1 俯仰电机基本参数 额定电流i c 5 4 2 a 璎b 峰值电流 b2 5 3 岬 电机电阻r1 8 l o h m s 电机电感 l5 1 m h 转矩常数k o ，4 6 2 n m 恤n p 反电动势常数l ( e 4 8 4 v ，h p m 电机转动惯量i m1 9 6 e _ 0 4 k g m 2 电机阻尼b m 4 6 5 3 e - 0 4 n 血。s 仡d 3 2 2 控制系统的设计 由于p d 控制器的原理简单，使用方便等优点，目前，在雷达伺服系统的控 制中占主要地位，其应用非常广泛。故本文雷达伺服电气控制系统也采用p d 控 制进行设计研究。 l 、电流环设计 在实际工程应用中常常在速度环回路之中增加电流环回路，以保证系统的快 速启动性能。通常将电机电枢电流作为力矩信号引入反馈通道。反馈点位于功率 放大器的前面。 引入电流环负反馈可以在充分利用电机所允许过载能力的同时限制电流的最 大值，从而对电机启动或制动起到快速的保护作用。因为当系统处于启动或制动 及某种意外情况下( 如系统发生故障或机械卡死时) ，电枢电流将在瞬间达到很大 的值。这个电流瞬时峰值虽然时间很短，但远远超出了系统的额定电流，极易造 成对电机的损害，这在工程中是绝对不容许的。 另外，实际系统在运行时会受到各种不确定因素的干扰，比如电网电压的波 动、负载变化等影响。无电流环的系统由于对象惯性较大，对外界的干扰不能很 快的反映，而加入电流环的系统不必等到扰动导致转速反馈值明显变化就可以迅 雷达镯搬系统酶结梅壁垒耩一律纯设诤 速将电愿於匿，从嚣保涯速度翻路具有缀好熬动态挠警貔性戆。 p 1 控制器的引入使得电流环无静差地跟踪阶跃信号