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基于差动绳传动的惯性稳定平台设计与分析

李大泉  
【摘要】:光电稳定平台以光电探测装置为有效负载,在控制指令的驱动下,通过多轴运动补偿载体运动所造成的光轴扰动,并在保持指向惯性稳定的基础上实现对目标的搜索、定位、捕获和跟踪,广泛应用于机载、弹载、舰载以及车载装备系统。为保证较高稳定精度水平,整体式光电稳定平台一般采用力矩电机直接驱动方式,导致稳定平台的负载自重比有限,难以兼顾轻量化和高精度的性能要求。新的战场环境催生新的应用需求,未来无人机等轻型载体对平台性能提出了更高的要求,矛盾显得更加突出。论文提出改变稳定平台传统结构形式和传动方式,在两轴两框架稳定平台的设计中引入柔性绳传动环节,采用差动构型创新平台结构设计,实现电机并联驱动。利用绳传动低空回、高刚度、高效率以及无需润滑的突出优点,有效提高平台负载自重比,同时解决平台紧凑型设计和适配性提高的冲突,满足大负载能力、轻量化、高精度、宽适配以及紧凑型的设计要求。论文的研究工作主要体现在以下几个方面:1.立足于稳定平台的功能要求和技术指标,研究论证平台总体结构和控制技术,在分析柔索传动机理和基本传动构型的基础上,提出基于差动绳传动的稳定平台新构型,并论证其工作原理;2.开展柔索传动差动构型稳定平台关键特性研究。研究影响传动精度的关键机械因素,建立包含柔索环节的系统传动模型,分析整机传动空回特性;分析系统运动学特性和传动链动力传递特性;进行柔性体传动仿真方法研究,基于Adams多体动力学仿真平台实现柔性体传动特性仿真,通过整机运动仿真验证系统功能实现原理;3.机械结构设计与优化方法研究。研究机械系统载荷分析和结构设计方法,指导完成传动钢丝绳和电机等系统关重件的选型及校核;对系统关键零部件进行动静态校核,通过静力学分析和模态分析指导结构优化,形成详细的结构设计方案;4.开展多输入多输出强耦合系统动力学建模及解耦方法研究。采用分析力学方法构建系统动力学模型,分析其动力学特性;采用耦合度指标定量描述并分析系统耦合特性;研究解耦控制方法,提出解耦策略,为控制系统设计提供借鉴;5.搭建测试平台,开展样机基础性能测试。测试结果表明样机重量、行程、负载能力等指标满足设计要求,负载自重比显著提高,能够实现预期的运动功能,且具有良好的动态特性。


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