船用减振器性能测试台的集成设计与开发

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船用减振器性能测试台是用于测量船用橡胶减振器静刚度、动刚度和蠕变量等性能参数的设备,对于船舶减振器的设计和选型有着重要意义。针对传统机械式测试台测试数据准确度差、试验效率低和电液式测试台系统控制难度较大、液压油容易泄露等问题。本文研制了一种基于现代伺服控制技术的减振器电动测试台,设计时采用集成设计方法解决参数敏感问题。具体研究内容如下:
  首先,明确了设计需求,介绍了减振器测试台的主要组成部件,阐述了系统的工作原理,对伺服电机、电动缸内丝杆和传动机构等建立了数学模型。根据系统的数学模型,提出减振器测试台的控制策略。静态测试工作模式下,采用包含电机转速、加载力的双闭环反馈控制器。动态测试工作模式下,构建了包含电机转速、电动缸推杆位置的双闭环反馈控制器和位置前馈的复合控制结构。
  然后,根据上面建立的系统数学模型和控制结构,分析可优化设计的控制参数及机械参数。提出了一种测试台架通用性的集成设计方法,并以最大加载力为500kg的测试台架为示例,以动态测试工作模式下的位移跟踪误差和电机功率加权综合最优为设计目标,采用数值仿真的方法,定量地分析各个待设计参数对设计目标的影响。然后构造了一个多目标多约束的优化问题,采用模拟退火算法求解该优化问题,获得最优的待设计参数。
  最后,跟据优化设计结果对减振器测试台的各个元件进行选型,搭建了测试实验平台,基于TwinCAT3开发了下位机控制程序,基于LabVIEW开发了上位机交互软件。进行了橡胶减振器的参数测试试验,测试台能完成所有测试项目,同时具有较低的能量消耗和较高的位置跟踪性能,一方面证明了所提出的控制策略的有效性,另一方面表明优化设计方法的有效性。
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