重载设备冗余驱动关键技术研究

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1、河北工业大学硕士学位论文重载设备冗余驱动关键技术研究姓名：熊心元申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：李为民20071201河北工业大学硕士论文重载设备冗余驱动关键技术研究摘要目前的重载设备，比如飞行模拟器运动系统，一般都采用液压伺服系统驱动，使用大型伺服油缸作为执行元件，造成设备庞大，制造、维护费用高，液压油易泄漏、污染等缺点。如何克服上述缺点，一直是一个困难和富于挑战性的课题。其主要原因是这类设备的平均载荷一般较大、加速度高。若使用机械传动系统作为执行单元，其寿命太低，不能满足实际需要。冗余驱动可使用多驱动源分担驱动力。但是，由于机械传动系统

2、刚度较大，工作过程中的运动误差会引起受力不均甚至瞬时载荷方向相反，从而导致驱动单元在一个工作循环内的平均载荷激增，严重损坏传动系统寿命。为避免这一问题，需使用力反馈控制。但是，在重载、高速场合使用力反馈控制，必须要使用动力特性好、承载能力强的力传感器，且控制算法复杂和非线性化，从而导致控制难度和制造成本的大幅度提高、控制的稳定性和鲁棒性下降。因此，从提高寿命的角度出发，构造合适的驱动单元，就成为重载设备实施电气-机械伺服系统驱动的关键。本文提出了一种自均力冗余驱动接口模块，使用双丝杠并联分担驱动力，并具有自均力效果，较好的解决了这个问题。具体研究的内容如

3、下：1．研究了驱动冗余的工作机理，提出了一种自均力冗余驱动模块，研究了它的机构组成和工作原理，进行结构设计，并对它的优点进行分析。2．分析自均力模块均力误差的计算方法，包括最大载荷均力误差和瞬时载荷均力误差，然后根据计算表达式，对均力误差的影响因素进行分析，最后得出了减小均力误差的方法和本机构的自均力效果3．就效率、寿命和精度指标对本均力模块进行研究，得出它们的计算表达式，分析它们的影响因素和改善方法，并研究了本机构的性能。4．分析本机构的同步控制原理，设计了模糊PID控制器。5．以压力成形设备为应用背景，以前面的理论分析为基础进行实例设计计算，以实际计

4、算的结果为依据对本机构的性能进行研究。关键词：冗余驱动，自均力，并联机构，性能分析，同步控制i重载设备冗余驱动关键技术研究KEYTECHNIQUERESEARCHONREDUNDANTACTUATIONOFTHEHEAVYLOADMECHANISMSABSTRACTThecurrentheavyequipments,suchasflightsimulatorMovementsystem,aregenerallydrivenbyhydraulicservosystemandusethefueltankasexecutinglargeservodevice.

5、Thesefactorsresultinthehugeequipment,manufacturingandmaintenancecosts,hydraulicoilleakageandpollutionandothershortcomings.Howtoovercometheabovedrawbackshasbeenadifficultandachallengingissue.Themainreasonisthattheaverageloadofsuchequipmentisgenerallylarger.Ifweuseamechanicaldrives

6、ystemasimplementationunit,itsservicetimeistoolow.Redundantactuationcanusemultipledrivestosharetheforce.However,becausethestiffnessofthemechanicaldrivesystemisquitebig,kinematicerrorwouldcausetheinstantaneousloadsisnotequalorevenreverse,severelydamagedservicetime.Toavoidthisproble

7、m,itrequirestheuseofforcefeedbackcontrol.However,inheavyoccasions,wemustusethesensorsthatarecapacityofgooddynamiccharacteristicsandstrongload-bearing.Moreover,controlalgorithmsbecomecomplexandnonlinear,resultinginthedifficultyofthecontrolandmanufacturingcostssubstantiallyincrease

8、d,thestabilityandrobustofthecontroldecre