作者：万琦、刘奇 著 著
页数：164
出版社：化学工业出版社
出版日期：2025
ISBN：9787122467904
电子书格式：pdf/epub/txt
网盘下载地址：下载舵面传动系统动力学建模与仿真
内容简介
本书围绕舵面传动系统中机构间隙碰撞和控制耦合问题开展了相关研究。全书共7章，涉及含间隙铰链机构碰撞动力学建模理论方法、传动机构和电动舵机动力学建模、舵面传动系统联合仿真建模与动态特性分析、实验验证等。将系统建模理论和应用实例结合，为工程设计初始阶段快速有效完成系统动力学特性分析提供借鉴。
本书可供机械工程和航空航天领域的科研工作者、相关工程技术人员阅读，也可作为高校相关专业师生的教学参考书。
本书特色
1.以实际案例作为切入点展开论述，贴近生活，可借鉴性强2.图文并茂，数据详实，结构模型剖析深入，专业性强
目录
1 绪论
1.1 本书写作背景与意义 2
1.2 国内外相关领域研究现状 4
1.2.1 含间隙铰链机构碰撞动力学研究现状 4
1.2.2 电动舵机研究现状 8
1.2.3 舵面传动系统研究现状 10
1.3 现有研究中存在的问题 10
1.4 本书主要研究内容 11
2 含间隙铰链机构碰撞动力学建模理论方法研究
2.1 概述 16
2.2 含间隙铰链机构动力学建模方法 16
2.2.1 间隙描述方法 16
2.2.2 间隙铰链数学模型 17
2.2.3 间隙铰链接触力模型对比 19
2.3 含间隙铰链多体系统动力学方程 35
2.3.1 刚性多体系统动力学方程 35
2.3.2 柔性多体系统动力学方程 36
2.4 改进的非线性法向接触力模型 37
2.4.1 改进接触力模型对比验证 38
2.4.2 基于改进接触力模型的曲柄滑块机构算例验证 39
2.4.3 不同工况仿真分析 43
2.5 本章小结 48
3 考虑铰链间隙与柔性的传动机构动力学特性研究
3.1 概述 52
3.2 嵌入改进接触力模型建模方法验证 52
3.2.1 嵌入改进接触力模型的动力学仿真建模方法 52
3.2.2 不同间隙尺寸下曲柄滑块机构模型验证 53
3.3 考虑铰链间隙的传动机构刚体动力学模型及分析 56
3.3.1 不同径向间隙尺寸 58
3.3.2 不同间隙铰链位置 60
3.3.3 不同间隙铰链数量 62
3.3.4 组合运动模式 68
3.4 考虑铰链间隙的传动机构刚柔耦合动力学模型及分析 71
3.4.1 柔性构件动力学建模 71
3.4.2 含柔性构件的系统动力学特性分析 72
3.4.3 柔性与间隙耦合的系统动力学特性分析 77
3.5 本章小结 84
4 电动舵机建模与动力学特性分析
4.1 概述 88
4.2 结构组成 88
4.3 电动舵机仿真模型 90
4.3.1 永磁同步电机模型 91
4.3.2 永磁同步电机矢量控制 94
4.3.3 执行机构模型 100
4.3.4 舵面模型 102
4.4 电动舵机动力学特性分析 104
4.4.1 非线性影响因素分析 104
4.4.2 电动舵机响应 106
4.4.3 电动舵机模型验证 109
4.5 本章小结 110
5 舵面传动系统联合仿真模型参数影响研究
5.1 概述 112
5.2 舵面传动系统联合仿真建模 112
5.3 舵面传动系统参数影响分析 115
5.3.1 行星滚柱丝杠接触刚度 115
5.3.2 电动舵机固定刚度 117
5.3.3 行星滚柱丝杠间隙 118
5.3.4 不同间隙铰链数量 120
5.3.5 构件柔性 123
5.3.6 舵面载荷 124
5.4 本章小结 126
6 舵面传动系统动力学实验研究
6.1 概述 130
6.2 试验台系统组成及工作原理 130
6.2.1 控制系统 130
6.2.2 测试系统 133
6.2.3 工作原理 133
6.3 实验结果 134
6.3.1 阶跃特性实验 134
6.3.2 舵机扫频实验 135
6.4 实验结果与仿真结果的对比 138
6.4.1 空载扫频特性 139
6.4.2 加载扫频特性 142
6.5 本章小结 145
7 总结与展望
7.1 本研究的主要内容及结论 148
7.2 本研究的创新之处 150
7.3 本研究的不足与展望 151
参考文献 153
前言
党的二十大报告指出，增加新域新质作战力量比重，太空、深海、极地等领域技术创新是制胜未来的重要突破点之一。作为天地往返运输并可重复使用的“空天飞机”，舵面传动系统是高精度位置伺服系统，是飞控系统不可或缺的组成环节，其性能对飞行器的飞行路径和控制精度具有重要影响。随着航空/航天工程的快速发展，对系统提出了高速、高精度、高效率、高可靠性及长寿命等一系列设计和使用要求，机构运动副中普遍存在的间隙及接触碰撞会导致机构出现动态输出振荡、运动精度下降、可靠性和使用寿命降低，甚至功能失效等问题，因此，对于舵面传动系统，不仅要考虑其控制问题，也需同时考虑间隙对其动力学特性的影响。
舵面传动系统由电动舵机和传动机构两个分系统组成，是多变量、强耦合的机电一体化复杂系统。由于电动舵机无需安装液压管，体积小、可靠性高，因此逐渐在航空领域得到青睐。电动舵机作为新型电传动系统之一，主要由电机及其控制器、减速机构和执行机构三部分组成。随着电动舵机对系统性能的要求越来越苛刻，研究间隙、摩擦、弹性变形等非线性因素对系统输出性能的影响非常必要。同时，传动机构作为实现电动舵机和舵面之间运动和动力传递的关键环节，其间隙铰链的碰撞效应易降低舵面输出精度、工作效率并增强噪声及振动。因此，本书建立了舵面传动系统耦合模型，其中不仅考虑了电动舵机执行机构接触刚度、间隙及系统结构刚度等非线性环节，还考虑了传动机构间隙铰链碰撞动力学及刚柔耦合特性。
