[发明专利]一种基于多平台联合仿真的多级电动缸起竖装置建模方法

说明书

本发明提供了一种基于多平台联合仿真的多级电动缸起竖装置建模方法，建立永磁同步电机、三级行星滚柱丝杠、多级电动缸的AMESim模型，在AMESim SKETCH模式下进行连接形成多级电动缸模型，在JMAG‑Express完成内置式永磁同步电机设计，根据实际负载情况，建立三级行星滚柱丝杠三维模型；在AMESim中建立多级电动缸电流、转速、位移三闭环控制模型，验证多平台联合仿真建模方法能准确表征多级电动缸起竖装置系统的动态特性和运动精度，并预测该装置的起竖时间。本发明综合考虑永磁同步电机结构非线性、三级行星滚柱丝杠机械部件动态特性、起竖负载动态特性以及三环反馈调节，在目前机电起竖系统的简单建模基础上，进行多物理场的集成分析，精确建立多级电动缸起竖装置模型。

技术领域

本发明涉及系统性能分析领域，具体为一种多级电动缸起竖装置的建模方法。

背景技术

近年来，电驱动系统由于其结构简单、无泄、漏易保养、效率高、精度高等优点，正逐渐取代液压系统应用于发射车、雷达车等特种车辆起竖领域，并且单级电动缸已经成功应用于火炮和中小型导弹的倾斜起竖。但由于单级电动缸的传动机构为单级丝杠，工作行程受丝杠本身尺寸的限制，并且在车载大型导弹发射装置快速垂直起竖应用场合，要求电动缸具有大的伸缩比，同时要求电动缸输出大推力，单级电动缸无法实现以上要求，针对以上现状，多级电动缸起竖装置应运而生。

多级电动缸拥有“体积小、精度高、承载能力强”等优点，能够解决现有的单级电动缸承载能力不足无法完成导弹起竖的缺陷，且多级电动缸具有较大伸缩比，能够满足中重型导弹起竖距离大的要求，对于军事应用具有重要意义。

目前研究分析中，多级电动缸起竖装置的建模将伺服驱动与机械系统进行了分离，忽略了机电系统的强耦合性。采用不同软件对多级电动缸起竖装置的伺服驱动模块、机械传动模块、连接部件分别建模，综合考虑多级机电系统伺服驱动特性以及机械动态特性，对该系统的多物理场进行解耦并通过多平台进行联合仿真，建立的多级电动缸起竖装置模型对于分析多级机电系统的机电耦合问题和集成设计方法、电动缸起竖过程误差扰动以及起竖时间优化具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于多平台联合仿真的多级电动缸起竖装置建模方法。针对多级电动缸起竖装置的建模与控制问题，本发明提出一种基于多平台联合仿真的多级电动缸起竖装置建模方法，考虑机电耦合问题，通过联合仿真精确实现对多级电动缸起竖装置的建模仿真。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤为：

步骤一，首先建立永磁同步电机、三级行星滚柱丝杠、多级电动缸的AMESim模型，在AMESim SKETCH模式下添加永磁同步电机、减速器和丝杠模块，永磁同步电机通过减速器连接三级行星滚柱丝杠，三级行星滚柱丝杠连接负载函数，在AMESim SKETCH模式下进行连接形成多级电动缸模型；

步骤二，在JMAG-Express完成4对极54槽的内置式永磁同步电机设计，输入电机的最大转矩限制、最大电流限制、额定转速、极对数、驱动电压，设定材料属性与定子绕线方式，自动生成2D电机模型；将2D电机模型导入JMAG-Designer中，对2D电机模型划分网格，设置驱动电路电流幅值大小、频率及相位角，计算出电机在不供电时的齿槽转矩和额定电流下的稳态转矩，将JMAG-Express中2D电机模型的二维网格数据输入到JMAG-RT中，计算包含额定电流和最大电流的多组电流值、全相位角的dq轴电磁转矩、电感和磁链，生成可用于联合仿真的有限元电机模型.rtt文件；将.rtt文件与步骤一中AMESim建立的多级电动缸模型进行联合仿真，在AMESim的SUBMODEL模式下选择步骤一中的永磁同步电机模块，将有限元电机模型.rtt文件导入模块设置中，形成AMESim-JMAG-RT模型；

步骤三，根据实际负载情况，建立三级行星滚柱丝杠三维模型；

根据起竖的实际情况计算负载函数，根据车体和多级电动缸的相对安装位置，建立起竖负载函数，在ΔAOB和ΔAOC中根据三角函数有：