[发明专利]一种针对雷达天线伺服系统的快速仿真分析方法

权利要求书

1.一种针对雷达天线伺服系统的快速仿真分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)进行键合图参数化建模，按照驱动电机、传动机构和反射面体的建模顺序，依次建立其键合图模块，利用键连接各键合图模块形成天线伺服系统的键合图模型；

(2)进行虚拟样机多刚体建模，基于系统中每一实体对应多刚体模型中一个刚体的建模理论，依次建立各环节零件刚体模型，并参照键合图模块，对相应刚体进行组合，得到系统设计模型；

(3)引入参数同步机制，通过设计模型导出的包含模型参数的.adm信息文件实现设计模型参数向键合图模型的同步传递；

所述的参数同步机制，按如下方法进行：

该参数同步机制具体过程如下：

1).提取并保存多刚体模型参数

ADAMS建立的多刚体模型信息保存在.adm文件中，每一种模型信息以特定的字符开头，并包含有相关模型参数，导出包含模型信息的.adm文件，依次提取系统各组成部分的转动惯量信息、传动齿轮的啮合刚度及啮合阻尼信息；通过循环的方式，依次查找以特定标识符开头的行，并把此行的参数数据存入对应的矩阵中；

2).参数传递

在对应的键合图元件上定义信号输入端口，借助键合图建模仿真软件20sim中的DataFromFile模块，输入包含有模型参数的.txt文件名，并指定输出变量，连接DataFromFile模块到键合图元件的输入端口，实现两种模型参数的同步机制，通过修改原始文件中的模型信息实现同时修改两种模型的目的；

(4)根据系统的键合图模型推导系统数学模型。

2.根据权利要求1所述的一种针对雷达天线伺服系统的快速仿真分析方法，其特征在于：其中步骤(1)所述的键合图建模，按如下方法进行：

对于包含摩擦力矩的伺服电机，对应的系统方程如式(1)、(2)所示，其中摩擦模型选用LuGre动态摩擦模型，表达式如式(3)所示，

$u=L*\frac{di}{dt}+R*i+ke*\mathrm{\ω}---\left(1\right)$

$kt*i-T_f=Jm*\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}---\left(2\right)$

其中：u为电机输入电压，ke为反电动势系数，R为电枢电阻，L为电枢电感，kt为电磁转矩系数，i为电机电流，ω为电机轴角速度，Jm为电机转动惯量，T_f为电机转子与电机轴间的摩擦力矩，

$\left\{\begin{array}{c}\frac{dz}{dt}=\mathrm{\ω}-{\mathrm{\σ}}_0\frac{\left|\mathrm{\ω}\right|}{g\left(\mathrm{\ω}\right)}z\\ g\left(\mathrm{\ω}\right)=T_C+(T_S-T_C)e^{-{(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_s)}^2}\\ T_f={\mathrm{\σ}}_{0}z+{\mathrm{\σ}}_1\frac{dz}{dt}+{\mathrm{\σ}}_2\mathrm{\ω}\end{array}\right.---3)$

其中，z为接触表面刚毛的平均变形量，刚度系数σ₀和粘性阻尼系数σ₁是2个动态参数，Coulomb摩擦力矩T_C、静摩擦力矩T_S、临界Stribeck速度ω_S、粘性摩擦系数σ₂为4个静态参数；

在键合图法建模仿真软件20sim下分别采用键合图基本元件势源Se定义电机输入电压、惯性元件I定义电枢电感、阻性元件R定义电枢电阻、回转器GY定义反电动势系数和电磁转矩系数、惯性元件I₁定义电机转子转动惯量、按照上式(3)重新编辑阻性元件R₁定义电机处摩擦力矩，将I和R连接在同一1-结上，将I₁、R₁也连接在同一1-结上，利用能够传递能量的键连接各元件符号形成包含摩擦力矩的伺服电机键合图模型；

对于包含齿隙的传动齿轮，对应的系统方程如式(4)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=J_1{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_1-T\left(t\right)\\ T\left(t\right)=J_2{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_2+T_2\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，θ₁、θ₂为主从动轮转角，T₁、T₂为主从动轮转矩，J₁、J₂为主从动轮转动惯量，T为齿轮啮合力矩，齿隙模型选择如式(5)所示“死区模型”；

$T\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}K\[\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\left(t\right)-a\]+D\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\left(t\right)& \mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\left(t\right)\>=a\\ 0& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\left(t\right)\right|\<a\\ K\[\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\left(t\right)+a\]+D\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\left(t\right)& \mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\left(t\right)=\<-a\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，K为啮合刚度，D为啮合阻尼，2a为齿隙，θ₁为驱动轮转角，θ₂为从动轮转角，i为传动比；

在键合图法建模仿真软件20sim下用两个惯性元件I₂、I₃定义两个啮合齿轮转动惯量，用功率结型结构0_S定义式(5)中齿轮啮合的三种情况，用容性元件C、C₁、C₂定义式(5)中三种啮合力矩，将齿隙作为容性元件C、C₁、C₂的激励信号，用变换器元件TF、TF₁定义啮合力作用力臂；将TF、TF₁连接在同一0-结上，将TF和I₂连接在同一1-结上，将TF₁和I₃连接在同一1-结上；利用能够传递能量的键连接各元件符号形成包含齿隙的传动齿轮键合图模型；

对于反射面体，用惯性元件I₅定义由反射面、环梁、辐射梁以及中心体组成的整体；按照上式(3)重新编辑阻性元件R₂定义转台与底座间的摩擦力矩；将惯性元件I₅与阻性元件R₂连接在同一1-结上；利用能够传递能量的键连接系统内所有键图元件，构成天线伺服系统的整机键合图模型。