针对机载3D-SAR切航天线受机械振动影响,引起天线阵元位移,使其相位中心偏移,导致成像质量变差的问题.在分析线阵3D-SAR下视成像基本原理的基础上,建立了机械振动引起天线相位中心偏移、回波电信号变化的关系式.论述了切航天线的集成设计方法,并建立了其机电耦合优化模型.以Quickeye-4无人机载3D-SAR切航天线安装用支架的设计为例,说明了机电耦合综合优化模型建立、基于遗传算法求解的具体方法和步骤,其结果验证了设计方法的有效性.

目前,五轴数控机床伺服进给系统的动态误差研究大多偏向定性分析,难以满足动态误差辨识的需要。针对此问题,这里提出了一种能够定量分析伺服进给系统动态误差的新方法--延时连续法。首先,建立五轴数控机床平动轴和转动轴以及伺服电机系统的数学模型,调节位置环、消除代数环后得到完整的单轴机电耦合模型;其次,利用偶极子相消的方法获得了系统动态误差受输入影响的传递函数简化表达式,然后通过仿真分析证明了化简后函数的准确性,基于此简化函数提出了分析五轴机床伺服进给系统动态误差的延时连续法,并给出了其数学定义及相关表达式;最后通过仿真实验和理论计算结果的对比验证了延时连续法的有效性。

为分析电磁参数变化对伺服驱动系统动力学特性的影响,基于齿轮系统动力学和电磁学相关理论,建立一种包括电磁刚度的四惯量机电耦合模型;采用增量谐波平衡法对其进行求解,得到系统的时间历程曲线、相平面图和幅频特性曲线,并应用4阶Runge-Kutta法对该解析法所得结果进行验证;结果表明取5次谐波后,增量谐波平衡法可得到精确的解析解。当电磁刚度由105Nm/rad增大至106Nm/rad时,系统会由稳定的周期一解经倍周期分叉转变为混沌运动;而当电磁刚度由104Nm/rad增大至105Nm/rad,再增大至106Nm/rad时,系统的最大振动量纲幅值由1.153减小至1.12,说明电磁刚度对系统稳定性有一定影响。通过分析电磁刚度这一参数对系统周期解及运行稳定性影响,为伺服驱动系统扭振控制及往高精度发展提供有效参考。

为了研究微型机器人关节在非稳定工作状态下的机电耦合作用机理,考虑误差以及齿轮啮合时变刚度,采用集中参数法,建立了电机拖动二级串联行星齿轮传动系统的机电耦合模型,计算求解得到了系统的固有频率以及质量参数对系统固有频率的影响、模态能的分布规律,分析了在冲击载荷下齿轮系统的扭振特性。结果表明,零件质量增加将使系统固有频率降低;系统模态能主要表现为低阶扭转振动应变能和高阶动能;在冲击过程中,系统表现为1阶固有频率与1倍啮合频率主导的振动模式。

目前,机器人关节伺服器向着微型化、集成化发展,针对智能机器人操作精度要求高,对机器人关节伺服器典型的电机拖动齿轮机电耦合系统,进行不同工况下的动态特性研究十分有必要。为此,根据多级齿轮系统时变啮合特性及无刷电机动态特性,建立了多级齿轮系统动力学模型和无刷电机动态模型,搭建了机器人关节伺服器传动系统机电耦合动力学模型;分析了该系统的自由扭振特性和系统模态能,并进一步研究了在稳态工况和冲击载荷工况下机器人关节伺服器传动系统的动态响应特性。结果表明,多级齿轮系统和电机之间存在机电耦合效应,在该系统遭受冲击后,齿轮副啮合力以及齿轮扭振波动变得剧烈后趋于稳定。

为了研究机床进给系统的动态特性,提升摩擦力影响下的运动控制效果,建立机床进给系统动力学模型与机电耦合仿真模型。定义基于赫兹接触理论与吉村允效法的部件结合部刚度,通过控制变量法分析进给系统一阶固有频率的影响因素,利用有限元软件对动力学模型进行验证,解释误差出现的原因。并利用PID控制加前馈控制对比分析有无摩擦补偿下的运动控制效果。结果表明:工作台质量和位置以及丝杠螺母副刚度变化对进给系统一阶固有频率影响显著;加入

加工作业机械臂是复杂机电系统,存在机电参数匹配问题,若匹配不当,会导致机械臂运动的稳定性下降,工件表面加工精度降低。针对这一问题,提出基于机械臂机电耦合模型的机电参数匹配特性分析方法。利用提出方法探究机械臂机械结构参数与电动机设计参数对转矩和转速脉动的影响。通过建立机械臂伺服传动系统的机电耦合数学和仿真模型,验证了电动机参数与机械结构的不同组合可有效抑制机电耦合振动,提高系统的匹配特性和加工精度,从而证明了提出方法的正确性和有效性。

平面开链机械臂是由一系列电机驱动单臂串联而成。利用这种串联式的结构特性，建立了电机驱动单臂的子系统机电耦合向量键合图模型以及等价动力学一阶微分方程，并利用模块化的方式建立出整个平面开链机械臂系统的键合图动力学模型。模型中通过考虑电机输出轴以及机械臂的挠性，实现微分因果关系的消除。以平面2R机械臂为例，通过对含有PD控制器的机电耦合系统动力学模型进行键合图仿真与Madab仿真的结果对比，以及容性元件取值对系统动态响应影响的分析，验证了所提出方法的正确和有效性。

门座起重机变幅系统存在较复杂的机电耦合作用。为了优化门座起重机变幅系统机电系统的设计,建立了四连杆门座起重机变幅机构的机电耦合动力学方程。以某型号门座起重机为研究对象,通过Adams软件与Matlab/Simulink软件对该机电系统进行联合仿真,得出了在额定负载下,门座起重机变幅系统在工作过程中的动态特性曲线,验证了该机电系统设计的合理性。

为了探究系统刚度与刀架传动系统动态特性和精度的关系,针对滚齿机刀架传动链这一复杂机电系统,从全局机电耦合角度,建立了该系统的机电耦合模型并基于齿轮副啮合刚度、传动轴扭转刚度得出了机械刚度模型。通过MATLAB/Simulink仿真,得出了机械刚度与伺服刚度对系统的影响规律。又通过研究机械刚度、系统伺服刚度与系统闭环控制参数的耦合关系分析了刚度对跟踪精度、抗振性和抗干扰能力的影响。所得结论可提高齿轮机床精密传动系统的稳定性和加工精度并对机电耦合控制参数方案的优化设计提供了研究基础。