電動缸支點位置仿真優化研究

【摘要】某型設備樣機調試過程中暴露出強度、剛度不足問題，經分析得出主要是由于電動缸支點位置布置不合理，從而使樣機在調轉過程中電動缸推力過大。通過對該設備電動缸支點位置進行仿真優化研究，優化后電動缸推力與優化前相比大幅減少，從而解決了上述問題。優化過程中，同時對該設備中控制系統關注的角速度、電機功率進行了仿真優化，最終使控制系統的魯棒性得到了提高。

【關鍵詞】電動缸；支點位置；仿真優化；推力；角速度；電機功率；魯棒性

電動缸是一種使用電機驅動絲桿旋轉，通過螺母絲桿機構將電機的旋轉運動轉換為絲桿的直線運動，從而驅動負載運動，與液壓缸、氣缸的功能一樣。與傳統的執行元件液壓缸及氣缸相比，電動缸具有運動速度更快（可達1600mm/s）、精度更高、控制性能優越等特點，所以在現代工業社會應用越來越廣泛。電動缸一般分為直線式電動缸和折返式電動缸。

1.背景

某型設備結構簡圖如圖1所示，通過折返式電動缸推動構件I繞支點3轉動，從而實現與構件I固連的負載繞支點3轉動，即：通過交流伺服電機帶動負載繞支點3轉動，實現設備的高低調轉。

圖9 優化后角速度曲線

4.其它參量的仿真優化

上述設備作為一種機電一體化系統，力只是結構設計過程中的一個主要關注參量，但在控制系統設計過程中更關注設備的其他參量，如角速度、電機功率等。

從圖6-9中可以看出，優化前設備的高低角速度非線性很明顯，優化后則平緩了很多。對于控制系統來說，優化后設備的魯棒性更好。而對于電機功率，優化前后電機的最大功率基本一致，這也進一步驗證了電機功率主要由負載決定。

5.結語

現代工業社會中，基本上所有的設備都屬于機電一體化系統。如本文選用的設備，類似產品在現實中也大量存在，如挖掘機、鏟土機等工程機械、運動平臺、機床等。在這些產品設計過程中如果按照設計者的以往工作經驗直接開展產品設計，最終制造出來的樣機往往在調試過程中會暴露出很多問題，嚴重的話甚至會造成樣機報廢。所以在與本文類似的產品設計過程中，優先進行支點的仿真優化工作是非常必要的。

參考文獻

[1]聞邦椿主編.機械設計手冊（第一卷）[M].北京：機械工業出版社，2010，1：97.

[2]劉衛國主編.MATLAB程序設計與應用[M].長沙：高等教育出版社，2002.

作者簡介：劉峰（1982—），男，江西吉安人，學士，工程師，主要從事無源電子戰系統研究。