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《内蒙古工业大学》 2007年
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固体火箭发动机整形机床机电系统动力学分析与优化

武建新  
【摘要】: 固体火箭发动机是航天工程中重要的动力装备,因此,研制固体火箭发动机安全可靠的生产装备是机械工程领域重要的课题。 本文以固体火箭发动机复杂型腔药柱整形加工机床为研究对象,完成了固体火箭发动机药柱五自由度混联整形机床的方案设计,确定了基于PC主机——多专用CPU的开放式数控系统的结构,并规划了数控系统的主要模块。采用远程控制方法,实现操作工人“零暴露”生产。在考虑固体推进剂对冲击、摩擦、受热和静电敏感的基础上,用“模拟药”(即物理性能与固体推进剂相似的钝药)进行切削加工试验。试验结果表明,固体推进剂药柱机械加工所需切削力很小;刀具的温度随切削用量的增大而增大;最大切削用量时刀具的温度和静电累积都小于固体推进剂的安全温度和安全静电累计量。试验结果证实了固体推进剂药柱加工的可行性。 为了减少加工中刀具对药柱的振动和冲击,保证药柱整形加工过程的安全性,论文对整型机床的主要部件并联机构和可偏转主轴系统进行速度和加速度分析。分析结果表明,在给定轨迹下,并联机构动平台中心的速度和加速度变化平稳,产生的振动很小,可以完成药柱整形加工。在主轴系统中,主轴电机和偏转电机转速的升高都会使刀具的旋转速度和旋转角加速度波动增大,实际加工时可能产生振动;刀具的偏转速度和角加速度只与偏转电机的转速有关,并随偏转电机的转速升高而增大,但幅值很小。综合两个部件的速度和加速度分析结果得到:并联机构输出的速度和加速度可以通过数控系统控制在要求的范围内;而由主轴系统引起的刀具速度和加速度波动是主轴系统固有的特性只能通过对该系统设计参数进行优化设计,使动力学性能达到规定要求。 机电耦联系统动力学分析的核心是伺服电机动力学建模,文中利用伺服电机参数,在建立电路和机械能量方程的基础上,应用拉格朗日-麦克斯韦方程,通过Park变换,将三相定子参考系的拉格朗日-麦克斯韦方程变换到两相转子参考系。首次推导了便于实施控制的永磁同步伺服电机两相转子参考系的机电耦联动力学方程。在对比伺服电机各种电流控制方案优缺点的基础上,选定了本系统伺服电机的电流控制方案。以刀具偏转伺服电机为算例,进行了机电耦联动力学仿真。仿真结果展示了伺服电机机电耦联动力学方程推导正确,电机电流控制方案合理有效。 完成了主轴系统机电耦联动力学分析。利用Park变换推导了二自由度、永磁同步伺服电机驱动的主轴系统机电耦合动力学微分方程。比较非线性、变系数常微分方程组的数值解法,选用高效Hamming方法实现了微分方程的快速求解。 以刀具加速度最小为目标函数;以机构的机械设计参数和电机的电气参数为设计变量;以机电耦联动力学微分方程和设计变量的取值范围为约束条件,建立了机电耦联动力学优化模型。经过多方面的探索,构造了可以实现该工程问题可行的优化方法——指数型自适应惯性权重粒子群算法。并通过多个测试函数对该算法进行了检验。完成了该算法的收敛性分析。利用该算法完成了以各构件的机械参数和驱动电机电气参数为设计变量的主轴系统动力学优化。实现了减小刀具加速度幅值和改善刀具偏转电机波纹转矩的研究目标,解决了机电耦联系统动力学优化的工程问题。
【学位授予单位】:内蒙古工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:V435

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孙一兰;固体火箭发动机壳体内壁绝热层打磨机器人关键问题的研究[D];东北大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄真,方跃法;三自由度并联角台机构转轴存在的子空间[J];东北重型机械学院学报;1997年02期
2 周宏民,单建胜;低成本固体火箭发动机技术研究[J];固体火箭技术;1998年02期
3 郭涛,李斌,周云飞,李作清;五坐标虚拟轴数控机床运动控制算法的研究[J];华中理工大学学报;2000年03期
4 吕崇耀,熊有伦;6-6并联机构封闭运动学位姿正解单解[J];华中理工大学学报;1999年07期
5 王奇志,徐心和;基于符号计算研究一类6-SPS并联机器人运动学正解问题[J];机器人;1999年02期
6 梁迪,赵春雨;振动系统机电耦合研究的现状与展望[J];机械设计与制造;2005年02期
7 李兵,王知行,李建生;基于凯恩方程的新型并联机床动力学研究[J];机械科学与技术;1999年01期
8 王洋,倪雁冰,黄田,张大卫;三平动并联机床开放式数控系统开发[J];机械设计;2001年09期
9 王洋,倪雁冰,黄田,张玉明;并联机床插补算法与原理性插补误差预估[J];机械工程学报;2001年06期
10 李铁民,郑浩峻,汪劲松,段广洪;并联机床后置处理算法与系统[J];机械工程学报;2002年12期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高洪;赵韩;;并联机器人机构学理论研究综述[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年01期
2 嵇国金,马奎,王磊;微纳操作器运动学分析[J];微纳电子技术;2003年03期
3 温庆荣,方跃法;一种新型4自由度并联机器人自由度分析[J];北方交通大学学报;2003年04期
4 姜虹;蔡永琳;王小椿;;一种并联机构结构误差识别与修正的新算法[J];北京交通大学学报;2007年01期
5 郭盛;方跃法;;避免约束奇异的平动并联机器人设计方法[J];兵工学报;2007年08期
6 范晋伟,关佳亮,王彤波,王文超,关剑,张小龙;并联机床虚拟设计的理论方法[J];北京工业大学学报;2001年04期
7 许意华,刘德忠,费仁元,潘新文;3-PTT并联微操作机器人机构误差分析[J];北京工业大学学报;2002年02期
8 辛洪兵;余跃庆;;由支链构造并联机器人雅可比矩阵[J];北京工业大学学报;2007年10期
9 郭祖华,陈五一,陈鼎昌;6杆并联机构运动学及杆受力的仿真[J];北京航空航天大学学报;2001年01期
10 韩先国,陈五一,陈鼎昌;基于路径跟踪原理求解6-SPS并联机构位置正解[J];北京航空航天大学学报;2002年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王艳琴;;并联机床与开放式数控系统[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
2 阮久宏;荣学文;吴三友;;凿岩机器人液压系统ADRC控制器设计与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 孙立宁;李长峰;曲东升;刘彦武;;ICF精密并联机器人系统的研制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 胡英;吴德烽;;一种柔性检测机器人的运动学研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 黄永安;尹周平;熊有伦;;热-电-位移耦合多体系统的多物理场分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 代小林;丛大成;韩俊伟;李洪人;;基于凯恩方程的并联运动平台多刚体动力学建模[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
8 严世榕;;现代机械中的动力学问题[A];福建省科协第四届学术年会提升福建制造业竞争力的战略思考专题学术年会论文集[C];2004年
9 徐德红;李小平;;波束波导系统中反射镜精密调整机构的设计与分析[A];中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集[C];2009年
10 谢殿煌;张同庄;丁洪生;何小妹;付铁;李华锋;许进忠;;基于RT-Linux的并联机床开放式数控系统[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 常艳艳;水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 梁桥康;特殊应用的多维力/力矩传感器研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
4 张克涛;变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D];北京交通大学;2010年
5 皮阳军;电液伺服并联六自由度舰船运动模拟器轨迹跟踪控制及其应用研究[D];浙江大学;2010年
6 李雨桐;并联机构运动奇异性及其动态稳定性研究[D];浙江大学;2010年
7 吴乐彬;基于电液伺服并联六自由度机构的广义负载模拟理论和实验研究[D];浙江大学;2010年
8 张淑平;基于视觉的并联机器人位姿检测方法研究[D];东华大学;2010年
9 曾理湛;永磁同步直线电机复杂机电耦合系统分析与控制方法[D];华中科技大学;2011年
10 吴伟光;基于并联机构的多维减振装置及其主动控制技术的研究[D];江苏大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
2 张祖华;2-PPa移动并联机构运动学设计[D];浙江理工大学;2010年
3 郭大杰;3-PRRRR移动并联机构自由度、约束奇异和运动学分析[D];浙江理工大学;2010年
4 赵进科;正交三自由度并联机构动力学分析[D];郑州大学;2010年
5 穆星科;多足机器人运动控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 万晓正;平面绳牵引并联机构的控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 伍英华;六自由度一体式坦克模拟器误差特性及控制[D];大连理工大学;2010年
8 雷飞;惯性往复振动机械结构动力学分析及应用[D];河南工业大学;2010年
9 邵洪涛;高方平筛瞬态过程分析及其虚拟样机仿真研究[D];河南工业大学;2010年
10 刘凉;3-RRRU并联机器人运动学控制的研究[D];天津理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郝钢,韩秋实,孙志永;基于PMAC的开放式数控系统性能的研究[J];北京机械工业学院学报;2003年02期
2 梁彦,张弛,张明;固体火箭发动机燃烧室绝热层的设计与研究[J];飞航导弹;2004年09期
3 马光文,王黎;遗传算法在桁架结构优化设计中的应用[J];工程力学;1998年02期
4 梁宏宝,钟诗胜,王知行;虚拟机械加工环境的建造[J];高技术通讯;2001年02期
5 罗松保,张建明;非球面曲面光学零件超精密加工装备与技术[J];光学精密工程;2003年01期
6 刘永;王克鸿;杨静宇;;冗余度弧焊机器人位置优化建模及算法[J];焊接学报;2007年11期
7 贾世奎;李成贵;刘春红;王民;;玻璃材料非球面的加工方法[J];航空精密制造技术;2007年05期
8 郭海丁,路志峰;基于BP神经网络和遗传算法的结构优化设计[J];航空动力学报;2003年02期
9 郭应竹,石志奎;航空机载零件磨粒流去毛刺工艺[J];航空制造技术;2001年04期
10 宋红文,夏季,刘继光;航空发动机叶片三维强化抛光技术[J];航空制造技术;2005年05期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 丁宁;外圆纵向智能磨削研究[D];吉林大学;2004年
2 温淑焕;不确定性机器人力/位置智能控制及轨迹跟踪实验的研究[D];燕山大学;2005年
3 莫鸿强;遗传算法搜索能力和编码方式研究[D];华南理工大学;2001年
4 解红雨;固体火箭发动机分布式集成设计平台及其关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
5 张云伟;煤气管道检测机器人系统及其运动控制技术研究[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 孙一兰;多轴控制系统的研究[D];东北大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄真,陶王送;三自由度并联平台机构运动性质研究[J];东北重型机械学院学报;1996年04期
2 范守文,徐礼矩;机器人动力学自动建模软件系统[J];地质科技管理;1995年03期
3 郭长旺,朱国力,龚时华,段正澄;基于组件技术的开放式数控系统研究[J];华中理工大学学报;2000年07期
4 魏仁选,周祖德,陈幼平,阳代平;可重用面向对象数控软件及其开发环境研究[J];华中理工大学学报;1999年03期
5 张同庄;机器人拐角轨道的光滑设计研究——Clothoid曲线接续法[J];机器人;1990年03期
6 胡明,蔡光起,郭成,王启明,史家顺,原所先;一种三自由度并联机器人机构静力学计算[J];机械设计与制造;1998年01期
7 李波,蔡光起,孙奕澎;圆弧插补新算法[J];机械工程师;1999年08期
8 李宏,杨随先,徐礼钜;TT-VGT机器人动力学解析模型[J];机械科学与技术;1997年01期
9 王洋,倪雁冰,黄田,张玉明;并联机床插补算法与原理性插补误差预估[J];机械工程学报;2001年06期
10 李铁民,郑浩峻,汪劲松,段广洪;并联机床不同位形下的运动精度评价指标[J];机械工程学报;2002年09期
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3 周中灵;黎斌;;固体火箭发动机优化设计述评[J];飞航导弹;1988年12期
4 屈文忠,童焕群,杨月诚;固体火箭发动机贮存监测的有关问题[J];推进技术;1996年05期
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7 ;美国洛克希德推进剂公司及其固体火箭发动机[J];飞航导弹;1974年06期
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9 周力军;陆启贤;栗世源;;SHC—2型数字式双通道固体火箭发动机实验数据处理仪[J];应用科技;1980年03期
10 陈洪章;贾庆英;;小型固体火箭发动机压力-时间曲线的预估技术的研究[J];弹箭与制导学报;1981年01期
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1 宋明纲;杨威;王艳学;庞耀宗;贺利敏;;静电对固体火箭发动机的危害及防护探讨[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(下)[C];2011年
2 彭道勇;刘春和;江云天;;固体火箭发动机寿命预估研究的发展和展望[A];中国电子学会可靠性分会第十三届学术年会论文选[C];2006年
3 白仲斐;张建花;李扬;;基于PXI的六分力硬件测试系统设计与实现[A];2011航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
4 林德春;张德雄;张衍;;聚芳基乙炔在航天中的应用前景[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
5 张新春;姜照汉;;工业CT在装药固体火箭发动机质量检测中的应用[A];无损检测专业委员会第七届年会论文集[C];2000年
6 沈伟;邢耀国;;含装药裂纹发动机内流场的大涡模拟[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
7 唐军;;固体火箭发动机可靠性评定技术研究[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
8 张海联;周建平;;固体火箭发动机药柱的模糊可靠度分析[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2003年
9 杨丹;熊永亮;郜冶;;固体火箭发动机内流场的非稳态数值模拟[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
10 任军学;刘宇;廖云飞;琚春光;;塞锥结构及单元数对环形塞式喷管性能的影响[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
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1 本报记者 索阿娣;马国富:加快研制固体火箭发动机[N];中国航天报;2010年
2 记者孟西安;航天四院成为我国最大固体火箭发动机基地[N];人民日报;2002年
3 王阳丽;塞外闪耀QC之光[N];中国航天报;2009年
4 通讯员 王玫 杨衡玉 本报记者 于莘明;给火箭一颗奔腾的“心”[N];科技日报;2003年
5 特约通讯员 杨振勃;我固体火箭发动机整体无损检测技术国际领先[N];解放军报;2000年
6 通讯员 蒲德汉 本报记者 汪曼莉;筑造宇航员“生命之塔”[N];陕西日报;2009年
7 罡轩;文化推手让职工“干并快乐着”[N];中国航天报;2010年
8 特约记者 于雪梅;科工六院设立首席工程师[N];中国航天报;2010年
9 本报特约记者 孙现富 记者 付毅飞;贺军科:赤诚铸就航天魂[N];科技日报;2003年
10 刘国新 王茂华;何大军 扎根塞外追梦不止[N];中国航天报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李磊;基于结构完整性分析的固体火箭发动机药形改进与优化设计[D];国防科学技术大学;2011年
2 杨青;固体火箭发动机面向成本优化设计[D];西北工业大学;2003年
3 韩新波;固体火箭发动机潜入喷管背壁区流动研究[D];西北工业大学;2002年
4 李卓;粘弹性分数阶导数模型及其在固体发动机上的应用[D];清华大学;2000年
5 张春富;基于激光跟踪仪的固体火箭发动机推力线测量技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 余贞勇;固体火箭发动机翼槽火焰传播机理研究[D];西北工业大学;2000年
7 刘飞;固体火箭发动机可靠性增长试验理论及应用研究[D];国防科学技术大学;2006年
8 葛爱学;固体火箭发动机点火过程与装药裂纹相互作用机理研究[D];国防科学技术大学;2004年
9 张有为;固体火箭发动机水下工作特性的研究[D];中国科学技术大学;2007年
10 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
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1 朱德龙;小型固体火箭发动机斜切喷口流场数值仿真与试验研究[D];南京理工大学;2010年
2 徐德彬;固体火箭发动机燃烧产物物性参数理论预估[D];南京理工大学;2010年
3 杜鹏;固体火箭发动机地面超声测试关键技术研究[D];中北大学;2011年
4 王在进;固体火箭发动机整形装备研制[D];北方工业大学;2013年
5 操志庆;基于一步化学反应的固体火箭发动机工作过程数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2013年
6 刘震国;某空空导弹固体火箭发动机改进设计及试验研究[D];南京理工大学;2012年
7 魏晓云;一种固体火箭发动机的点火异常峰分析与改进[D];国防科学技术大学;2010年
8 杨寒;铝冰固体火箭发动机气固两相流喷管参数研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
9 彭超;复杂载荷下固体火箭发动机装药应力释放槽优化设计[D];南京理工大学;2014年
10 徐珂靖;固体火箭发动机三维参数化结构设计及程序实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
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