田口方法在电磁阻尼器参数设计上的应用

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1、技术论文载人航天2010年第1期田口方法在电磁阻尼器参数设计上的应用刘慧颖吴源兵苑会领柏合民(上海宇航系统工程研究所)摘要根据对接机构电磁阻尼器的特点和构成．从提高电磁阻尼器输出性能稳定性的角度引入优化设计方法(田口方法)，产品测试数据分析取得良好效果。关键词对接机构电磁阻尼器田口方法优化设计分类号V423．4*3文献标识码A文章编号1674—5825(2010)01—0013-041田口方法简介3电磁阻尼器组成及工作原理田口方法(Taguehimethod)，是由日本著名质量管理专家田口玄一博士从工程、技术、经济的视角，对质量管理的理论与方法进行研究而创立的一种优化设

2、计技术。田口方法也称三次设计法，即系统设计一参数设计——容差设计。田口方法以信噪比(S／N)作为稳定指标进行选优，利用参数的非线性效应，选取最佳参数组合，就可以用三级品的元器件(或公差大的零部件)设计制造出输出特性波动小，稳定可靠的产品。田口方法在航天产品设计中的应用还不多见，本文以电磁阻尼器输出性能为出发点，采用田口方法来提高产品输出性能的稳定性【Ⅻ。2引言电磁阻尼器是空间对接机构的耗能部件之一，用于消耗两飞行器对接碰撞过程中产生的动能，其输出力矩的大小及变化量决定着对接过程的平稳与否，直接影响缓冲性能。在以往设计中，通过多次试调个别参数，并提高零件的制造加工精度使输

3、出力矩满足性能指标要求，但试装的几个产品的性能实测结果比较离散。本文采用田口方法对参数进行了优化设计，从而提高电磁阻尼器输出性能的稳定性，降低加工精度要求。电磁阻尼器为一种特殊的永磁式杯形电枢电机，采用内磁式分立结构，主要由机壳、内定子和转子杯组成，稀土永磁磁钢位于内定子上，转子杯位于磁钢和机壳之间，转子杯由导电性能良好的金属加工而成。当原动机拖动电磁阻尼器旋转时，金属转子杯切割定子磁力线从而在杯中感应出涡流，与磁场相互作用产生阻尼力矩。图1为电磁阻尼器结构简图。图1电磁阻尼器结构简图4田口方法的应用设计4．1系统设计通过理论分析和有限元计算，得到电磁阻尼器的转矩计算公

4、式为：2肚南B2LD3n'8·K(1)来稿日期：2008—10-08；修回日期：2009-08—13。作者简介：刘慧颖(1977．0l一)女．硕士，高级工程师．主要从事空间机构与结构研究工作。13载人航天2010年第1期技术论文式(1)中各参数为：曰：气隙磁感应强度(T)￡：转子杯长度(cm)D：转子杯平均直径(cm)凡：转子杯转速(r／min)6：转子杯厚度(rain)P：转子杯材料导电率(11mm2／m)尺：修正系数』If：转矩(N．cm)田口方法中的静态特性参数设计，有目标特性参数设计、最小目标特性参数设计、最大目标特性参数设计、计数分类特性参数设计等多种方法。在

5、电磁阻尼器的设计中。我们采用目标特性参数设计法，即存在设计目标值阻尼力矩膨，希望输出特性越接近目标值肘越好，用目标特性的S／N比来衡量阻尼器输出特性的稳定性。目标特性'，的S／N比定义如下：2，，：等(2)盯式中肛=E(，，)——肘的理论平均(数学期望)；矿=D()，)——膨的波动方差。式(2)是一个理论公式，通常纵O．z真值未知。如果知道膨的儿个观测值肘¨尬，⋯，版，则可以用下述方法估计S／N比，具体步骤如下：乱求／的估计矿2=匕=击萋(M-_)2矿=匕=兰丁乞(M埘)式中厅为M。，M2，⋯，眠的平均值b．求∥的估计卢2=(万)2一Ve=}(sm—Ve)卢=(肘)一=

6、上(sm一)式中＆=}(；M)2(3)(4)(5)c．求叼的估计万：--刍T鸷型㈦万：p：立吾二(6)扩ytd．以分贝为单位表示S／N比÷(＆一E)，7=lolgj!—}(dB)(7)4．2参数设计4．2．1建立可控因素水平表及内表选取转子杯长度￡，转子杯平均直径D和厚度6为可控因素，每个因素选定3个水平，优选它们的名表1电磁阻尼器可控因素水平表＼＼因素承乎＼＼L(cm)D(cm)8(cm)＼l工加．15眦l&mJ022￡D占3￡+0．15ZhO．1昂m．02义值(或公称值)，见表l。对于3个可控因素的3个水平，选用正交表以34)进行内设计，形成9种设计方案，组成内表。

7、4．2．2建立误差因素水平表转子杯长度L、转子杯平均直径D和厚度6既是可控因素又是误差因素，分别记为￡’、D’和∥；另外，气隙磁感应强度B和修正系数K也是误差因素，分别记为B’和K’，这两个误差因素的名义值是固定的，不必优选，见表2。4．2．3外设计及计算分析选用正交表厶。(21×37)作为外表，并可以计算输出特性值。通过对输出特性值M，$／N比进行计算，并以S／N比为指标，对外设计计算结果进行统计分析，可以得到如表3所示的结果。表2误差因素水平表、＼＼因素水乎＼￡’(咖)D’(锄)∥(哪)口’(r)置’x1041名义值_o．15名义值-