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宽频带电磁式角振动台运动部件动态优化设计

农业机械学报 2015年第10期46卷 376-382,390页

作者：唐波何闻中国计量学院工业与商贸计量技术研究所杭州310018 浙江大学浙江省先进制造技术重点研究实验室杭州310027

为满足角振动台输出高角加速度和宽工作频带的要求,提出并优化设计了一种具有圆盘式动圈结构的电磁式角振动台运动部件。首先,介绍了具有圆盘式动圈结构的电磁式角振动台工作原理,并对运动部件的动力学模型进行理论分析,结果表明降低圆... 详细信息

为满足角振动台输出高角加速度和宽工作频带的要求,提出并优化设计了一种具有圆盘式动圈结构的电磁式角振动台运动部件。首先,介绍了具有圆盘式动圈结构的电磁式角振动台工作原理,并对运动部件的动力学模型进行理论分析,结果表明降低圆盘式动圈及工作台面的转动惯量,增强连接轴的刚度,即提高运动部件的第1阶固有扭振频率,可有效提高角振动台角加速度输出能力及扩展工作频率范围;接着,以动圈导线通过单位电流时的运动部件输出最大角加速度为目标,采用粒子群优化算法优化设计了动圈参数,以最小转动惯量和最高第1阶固有扭振频率为目标,采用有限元法优化设计了动圈的拓扑结构以及工作台面和连接轴的材料组合;最后,将优化后的运动部件应用于宽频带电磁式角振动台样机中,实验结果表明,角振动台输出的最大角位移和角加速度分别为60°和2 000 rad/s2,而角振动台运动部件第1阶固有扭振频率达到1 100 Hz。

关键词：角振动台运动部件动态优化设计粒子群优化算法有限元法

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大位移角振动台的气隙磁场动静态特性分析

仪器仪表学报 2017年第4期38卷 895-902页

作者：唐波何闻中国计量大学工业与商贸计量技术研究所杭州310018 浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室杭州310027

针对电机驱动式角振动台气隙磁场不均匀和输出大位移时波形失真大的问题,提出了一种径向磁通磁路结构的大位移角振动台,对其气隙磁场动静态特性进行优化分析。基于等效磁化强度法,在极坐标系下建立气隙磁感应强度的解析表达式,通过有限... 详细信息

针对电机驱动式角振动台气隙磁场不均匀和输出大位移时波形失真大的问题,提出了一种径向磁通磁路结构的大位移角振动台,对其气隙磁场动静态特性进行优化分析。基于等效磁化强度法,在极坐标系下建立气隙磁感应强度的解析表达式,通过有限元法验证该方法的有效性,进一步分析了永磁体厚度、永磁体扇形角及气隙厚度对静态气隙磁场的影响规律;通过瞬态有限元法仿真分析了0.01、0.1和1 Hz 3个频率点上外磁环固定不动而永磁体和内磁芯转动的气隙磁场动态特性,定量分析了相对运动对气隙磁感应强度的影响规律;将优化后的磁路参数用于大位移角振动台样机中,测试结果表明,气隙平均磁感应强度及其分布规律和理论计算结果相吻合;研究方法对角振动台径向磁通磁路的理论分析与优化设计具有重要意义。

关键词：角振动台气隙磁场动静态特性等效磁化强度法有限元法

一种基于角振动台的SINS加速度计通道频率特性测试方法

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中国惯性技术学报 2016年第3期24卷 291-295页

作者：陈远才万彦辉张朝飞中国航天科技集团公司第十六研究所西安710100

提出一种针对SINS加速度计通道的频率特性测试方法。该方法基于角振动台的正弦摇摆运动,利用加速度计的外杆臂效应实现对加速度计通道的率特性测试。该方法的关键在于加速度计的外杆臂参数标定和杆臂效应误差补偿计算,采用该文章提出的... 详细信息

提出一种针对SINS加速度计通道的频率特性测试方法。该方法基于角振动台的正弦摇摆运动,利用加速度计的外杆臂效应实现对加速度计通道的率特性测试。该方法的关键在于加速度计的外杆臂参数标定和杆臂效应误差补偿计算,采用该文章提出的频率内标定方法以及双子样补偿计算公式,能很好地解决这些问题。通过理论分析和实验数据处理表明,该方法能够实现加速度计通道的频率特性测试,测试精度主要取决于外杆臂长度的标定精度。该方法操作方便,具有一定的参考价值。

关键词：捷联惯导系统加速度计频率特性杆臂效应角振动台

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角振动台复合控制方法与实验研究

角振动台复合控制方法与实验研究

作者：张玉鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

角振动台是用于进行振动测试的实验设备,通过将被测试件固定在角振动台表面,利用角振动台的振动来模拟试件在振动中的受力情况,以此对被测试件的使用寿命和抗振能力进行测试。角振动台最初由航空航天领域发展而来,目前已经推广汽车、船... 详细信息

角振动台是用于进行振动测试的实验设备,通过将被测试件固定在角振动台表面,利用角振动台的振动来模拟试件在振动中的受力情况,以此对被测试件的使用寿命和抗振能力进行测试。角振动台最初由航空航天领域发展而来,目前已经推广汽车、船舶、建筑等重要工业领域。对于正弦振动波形的高精度复现是角振动台研究的一项重要内容,正弦振动一般是模拟回转机械引起的振动,或结构固有频率处的振动,用于考核振动强度和疲劳强度。同时,对于高频响的角振动台而言,其固有谐振频率可能会被工作带宽覆盖。因此,对于角振动台的控制必须考虑谐振因素,否则可能导致系统精度降低,严重甚至可能会引发事故。本文首先整理并分析了角振动台研究的国内外发展现状,对课题的主要研究内容和意义作了介绍:其次介绍了电动角振动台的工作原理,通过对矢量控制的分析建立了角振动台的数学模型;并以双惯量模型为基础,得到了系统的机械谐振模型并简要分析了造成谐振点变化的原因。然后由于对于高频位置正弦输入信号,系统响应存在严重失真。为了提高对于正弦信号的波形复现精度,设计了幅相控制器。它利用LMS算法,根据输入信号与实际位置响应的误差对网络权值进行调整,将网络的输出作为系统的输入信号,消除幅值误差和相位误差。并与基于传统自适应滤波器结构进行了对比分析,阐明了幅相控制结构的快速性优势。通过仿真,分析了LMS算法不同步长的影响。并通过仿真及实验,验证了幅相控制及其在变负载情况下的有效性。最后为了消除机械谐振对系统动态性能的影响,提出了基于极值搜索算法的谐振辨识策略。通过对控制器输出进行滤波得到谐振信号,利用极值搜索算法,引入一个中心频率可变的带通滤波器辨识谐振频率。并通过仿真与实验研究,验证了上述谐振辨识方案的有效性。

关键词：角振动台幅相控制 LMS算法极值搜索算法谐振辨识

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角振动台控制系统设计与研究

角振动台控制系统设计与研究

作者：肖磊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

角振动台是在动态条件下的测试惯性系统及惯性仪表重要设备,其主要用于测试由载体角振动造成的惯性仪表及系统的角振动整流误差。随着航天、航空等领域对惯性系统及惯性仪表高动态振动环境下测量精确度关注的提高,相应的要求角振动台具... 详细信息

角振动台是在动态条件下的测试惯性系统及惯性仪表重要设备,其主要用于测试由载体角振动造成的惯性仪表及系统的角振动整流误差。随着航天、航空等领域对惯性系统及惯性仪表高动态振动环境下测量精确度关注的提高,相应的要求角振动台具有更好的性能,角振动台性能决定了测试结果的准确性及可靠性。由于现在对惯性仪表及系统通常有较高带宽特性的要求,因而决定了角振动台需要具有很大的频带宽度,对角振动台控制器和控制算法的实际应用都是很大挑战。本文研究了角振动台系统的总体结构组成,主要元件的选型及其原理分析,同时建立了简化的控制系统动态方程,推导得出角振动台系统速度开环传递函数,并分析摩擦力矩、机械谐振等干扰因素对角振动台系统的影响。基于建立的数学模型及扰动分析,确立了以串级自抗扰作为实际系统的控制算法,设计了速度环、位置环自抗扰控制器。为便于在嵌入式运动控制器中实现,对控制算法简化,并进行了仿真分析。为了实现角振动台的高精度、快响应、宽频带的目的,需要控制器具有较高的采样频率,因此,设计了采用DSP结合FPGA结构的嵌入式运动控制器。并且将控制算法通过DSP来进行实现,最终在实际转台上分别应用自抗扰算法及PID算法,对实验数据进行分析比较验证自抗扰控制器设计的合理性及控制算法的可行性。

关键词：角振动台控制系统自抗扰控制 DSP

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双磁路伺服式低频角振动台

地震工程与工程振动 2015年第2期35卷 132-137页

作者：杨学山高峰匙庆磊杨立志董玲王南中国地震局工程力学研究所河北三河065201

给出了一种双磁路伺服式低频角振动台的结构原理,导出了角振动台的微分方程、频率特性、以及灵敏度计算公式。在国家级计量部门对角振动台的频率特性、灵敏度、波形失真度等进行了校准,在实验室内对角振动台的线性度、稳定性等技术指标... 详细信息

给出了一种双磁路伺服式低频角振动台的结构原理,导出了角振动台的微分方程、频率特性、以及灵敏度计算公式。在国家级计量部门对角振动台的频率特性、灵敏度、波形失真度等进行了校准,在实验室内对角振动台的线性度、稳定性等技术指标进行了测试。测试结果表明,双磁路伺服式低频角振动台具有良好的性能,计算结果和测试结果吻合。可用于强震转动加速度计及其他转动传感器的校准和检测。

关键词：双磁路低频角振动台强地震转动传感器

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杯式结构磁电式高频角振动台实现关键技术

航空制造技术 2014年第11期57卷 64-67页

作者：薛景锋赵维谦邵新慧北京理工大学中航工业北京长城计量测试技术研究所

针对力矩电机驱动角振动激励源频率难以超过100Hz、波形失真大、不能满足高频角振动测试需求的现状,提出采用杯式结构磁电驱动方法。显著降低驱动线圈电感以实现驱动力快速响应,采用橡胶扭转弹簧实现轴系支撑,以克服轴承摩擦力,结合有... 详细信息

针对力矩电机驱动角振动激励源频率难以超过100Hz、波形失真大、不能满足高频角振动测试需求的现状,提出采用杯式结构磁电驱动方法。显著降低驱动线圈电感以实现驱动力快速响应,采用橡胶扭转弹簧实现轴系支撑,以克服轴承摩擦力,结合有限元分析仿真,将转子与励磁线圈骨架进行整体优化设计,使轴系固有频率提升至2400Hz。所研究角振动激励装置经实际测试,最高工作频率可达700Hz,主要工作频段内角加速度波形失真度小于3%,可广泛用于高频角振动校准或角运动传感器动态性能评价。

关键词：角振动角振动台电磁结构角速度角加速度

液压角振动台专用摆动马达设计及控制策略的研究

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液压角振动台专用摆动马达设计及控制策略的研究

作者：刘长宜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着工程技术的发展，航空航天、船舶、核工业等前沿领域的产品对其性能要求也越来越高，振动环境实验及其相关实验设备得到了广泛关注。液压角振动台具有力矩输出能力强，自动化程度高，控制精度好等诸多优点。在飞行器的结构零件、传... 详细信息

随着工程技术的发展，航空航天、船舶、核工业等前沿领域的产品对其性能要求也越来越高，振动环境实验及其相关实验设备得到了广泛关注。液压角振动台具有力矩输出能力强，自动化程度高，控制精度好等诸多优点。在飞行器的结构零件、传感器等元器件的振动环境实验领域有着不可替代的优势。因此研发一款基于摆动液压马达的单轴角振动台，对提高我国工业及国防实力有着重要的意义。本文首先针对目前摆动马达在高频工况下寿命低，摩擦力矩大无法满足振动台使用要求的问题，提出了一种新型专门用于角振动台的四叶片摆动液压马达的结构模型，该马达使用静压支承技术和间隙密封。并针对马达的静压轴承刚度、泄漏特性、摩擦力矩等方面进行分析，证明其具有高频宽，低摩擦，寿命高，输出力矩大等优点，适合在高频振动工况长时间工作。液压振动台的实质是以位置伺服控制为基础实现加速度信号控制。为了提高伺服控制系统的性能，本文采用三状态控制提高系统的阻尼比和频宽，利用Simulink对该控制算法进行验证，在合理配置控制器参数后系统的指标得到了很大的提升。采用跟踪微分器解决了角位置信号微分后信号失真的问题，得到了较准确的角加速度信号。在位置闭环控制的基础上，采用迭代学习控制实现了振动台的加速度控制，通过对输入信号的调节能够使输出信号很好地复现目标信号，解决了幅值衰减问题。最后利用系统辨识得到实际系统参数，根据上述参数配置三状态控制器实现系统位置闭环控制，再引入迭代学习控制实现了系统的加速度信号控制。通过C++Builder开发控制软件，完成了定频正弦振动实验。结果表明采用三状态控制和迭代学习控制对液压角振动台的加速度闭环控制有着很好的效果。

关键词：角振动台摆动马达静压支承三状态控制迭代学习控制

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三轴液压角振动台的结构优化与控制系统研究

三轴液压角振动台的结构优化与控制系统研究

作者：程鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

液压振动台是为满足许多工业领域的特殊需要而发展起来的振动环境模拟试验设备。三轴液压角振动台是其中的一种,它可以在实验室环境下模拟飞机、导弹、飞船等的元件及系统在实际工作条件下的动载荷,特别是振动的实际载荷,其结构动力学... 详细信息

液压振动台是为满足许多工业领域的特殊需要而发展起来的振动环境模拟试验设备。三轴液压角振动台是其中的一种,它可以在实验室环境下模拟飞机、导弹、飞船等的元件及系统在实际工作条件下的动载荷,特别是振动的实际载荷,其结构动力学性能和控制性能都有较高的要求。本文综述了振动台在国内外的发展现状,并由此确定了本文的主要研究方向。针对角振动台外框电液位置伺服系统进行了理论分析和仿真研究,建立了阀控马达系统的完整数学模型;选用了多种控制策略来改善系统的控制性能,通过仿真分析可以看出采用复合控制策略的系统能满足指标要求。同时建立了单轴液压角振动台液压系统的数学模型,并进行了仿真研究。有限元分析方面,对三轴液压角振动台进行了结构动力学分析、结构优化及灵敏度分析。本文分别对三个框架进行了无负载和带负载两种情况的结构动力学分析,得出各种情况下的前六阶自振频率,讨论了不同材料对结构动力学特性的影响;根据分析结果和一阶自振频率要8～10倍于工作频率的要求对振动台外框进行了结构优化,通过优化,在忽略了内部筋板的加强作用下,外框的一阶自振频率由原来的31.708Hz提高到69.968Hz,外框动力学性能大为改善;通过对各设计变量的灵敏度分析,得出各设计变量对动力学性能影响的程度。试验方面,本文在新搭建的单轴液压角振动台上进行,结果表明单轴振动台基本达到了设计要求,总体上试验结果验证了本文的理论分析。

关键词：角振动台复合控制动力学分析结构优化灵敏度分析