舵面传动系统动力学建模与仿真

本书围绕舵面传动系统中机构间隙碰撞和控制耦合问题开展了相关研究。全书共7章，涉及含间隙铰链机构碰撞动力学建模理论方法、传动机构和电动舵机动力学建模、舵面传动系统联合仿真建模与动态特性分析、实验验证等。将系统建模理论和应用实例结合，为工程设计初始阶段快速有效完成系统动力学特性分析提供借鉴。 本书可供机械工程和航空航天领域的科研工作者、相关工程技术人员阅读，也可作为高校相关专业师生的教学参考书。

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1 绪论 1.1 本书写作背景与意义 2 1.2 国内外相关领域研究现状 4 1.2.1 含间隙铰链机构碰撞动力学研究现状 4 1.2.2 电动舵机研究现状 8 1.2.3 舵面传动系统研究现状 10 1.3 现有研究中存在的问题 10 1.4 本书主要研究内容 11 2 含间隙铰链机构碰撞动力学建模理论方法研究 2.1 概述 16 2.2 含间隙铰链机构动力学建模方法 16 2.2.1 间隙描述方法 16 2.2.2 间隙铰链数学模型 17 2.2.3 间隙铰链接触力模型对比 19 2.3 含间隙铰链多体系统动力学方程 35 2.3.1 刚性多体系统动力学方程 35 2.3.2 柔性多体系统动力学方程 36 2.4 改进的非线性法向接触力模型 37 2.4.1 改进接触力模型对比验证 38 2.4.2 基于改进接触力模型的曲柄滑块机构算例验证 39 2.4.3 不同工况仿真分析 43 2.5 本章小结 48 3 考虑铰链间隙与柔性的传动机构动力学特性研究 3.1 概述 52 3.2 嵌入改进接触力模型建模方法验证 52 3.2.1 嵌入改进接触力模型的动力学仿真建模方法 52 3.2.2 不同间隙尺寸下曲柄滑块机构模型验证 53 3.3 考虑铰链间隙的传动机构刚体动力学模型及分析 56 3.3.1 不同径向间隙尺寸 58 3.3.2 不同间隙铰链位置 60 3.3.3 不同间隙铰链数量 62 3.3.4 组合运动模式 68 3.4 考虑铰链间隙的传动机构刚柔耦合动力学模型及分析 71 3.4.1 柔性构件动力学建模 71 3.4.2 含柔性构件的系统动力学特性分析 72 3.4.3 柔性与间隙耦合的系统动力学特性分析 77 3.5 本章小结 84 4 电动舵机建模与动力学特性分析 4.1 概述 88 4.2 结构组成 88 4.3 电动舵机仿真模型 90 4.3.1 永磁同步电机模型 91 4.3.2 永磁同步电机矢量控制 94 4.3.3 执行机构模型 100 4.3.4 舵面模型 102 4.4 电动舵机动力学特性分析 104 4.4.1 非线性影响因素分析 104 4.4.2 电动舵机响应 106 4.4.3 电动舵机模型验证 109 4.5 本章小结 110 5 舵面传动系统联合仿真模型参数影响研究 5.1 概述 112 5.2 舵面传动系统联合仿真建模 112 5.3 舵面传动系统参数影响分析 115 5.3.1 行星滚柱丝杠接触刚度 115 5.3.2 电动舵机固定刚度 117 5.3.3 行星滚柱丝杠间隙 118 5.3.4 不同间隙铰链数量 120 5.3.5 构件柔性 123 5.3.6 舵面载荷 124 5.4 本章小结 126 6 舵面传动系统动力学实验研究 6.1 概述 130 6.2 试验台系统组成及工作原理 130 6.2.1 控制系统 130 6.2.2 测试系统 133 6.2.3 工作原理 133 6.3 实验结果 134 6.3.1 阶跃特性实验 134 6.3.2 舵机扫频实验 135 6.4 实验结果与仿真结果的对比 138 6.4.1 空载扫频特性 139 6.4.2 加载扫频特性 142 6.5 本章小结 145 7 总结与展望 7.1 本研究的主要内容及结论 148 7.2 本研究的创新之处 150 7.3 本研究的不足与展望 151 参考文献 153