【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机电，具体涉及一种机电俯仰机构铰接支点布局优化设计方法。
技术介绍
1、机电俯仰机构是完成所属机电产品所需的俯仰调转运动的主要部件，在起重机、挖掘机等工程机械和导弹发射系统、车载雷达等高端装备中得到广泛应用。参见图1和图2，机电俯仰机构主要由工作平台、电动缸、俯仰电机、起落架等组成。其中，俯仰电机为原动机，提供动力源；电动缸为执行机构；起落架为主承力构件，负责承载与其固连的有效载荷；工作平台为各组件提供机械安装接口，电动缸通过电动缸下支耳与工作平台前支耳在铰接支点ⅰ处铰接、通过电动缸上支耳与起落架前支耳在铰接支点ⅲ处铰接，起落架通过起落架后支耳与工作平台后支耳在铰接支点ⅱ处铰接。电动缸将俯仰电机的旋转运动转化为电动缸推杆在电动缸缸筒内部的往复直线伸缩运动，从而驱动起落架及其承载的有效载荷绕铰接支点ⅱ作俯仰回转运动，将起落架及其承载的有限载荷调转到控制系统指令给定的仰角。
2、机电俯仰机构铰接支点包括电动缸下支耳与工作平台前支耳的铰接支点ⅰ、起落架后支耳与工作平台后支耳的铰接支点ⅱ、电动缸上支耳与起落架前支耳的铰接支点ⅲ。这三个铰接支点的位置布局对机电俯仰机构的性能有重要影响，决定着电动缸伸长比例系数、俯仰负载力矩、俯仰传动比、电动缸轴向推力、俯仰电机输出扭矩需求和输出转速需求等关键性能参数。
3、传统机电俯仰机构铰接支点布局设计主要以基于工程经验的试凑法为主，通过若干种设计方案的直接对比，经作图或手工验算后选定相对较好的可行方案，这类方法流程繁琐、效率低且易出错。另外，机电俯仰机构的电动缸伸
4、文献1“方子帆, 高术, 周刚, 张毅敏, 黄朝学, 何孔德. 大仰角俯仰机构布局方案优化方法及应用[j]. 机械设计与研究, 2015, 31(01): 17-21.”提出了一种大仰角俯仰机构布局方案优化方法，该方法以始末状态中俯仰传动油缸最大作用力和近似功率的加权函数最小为优化目标，考虑了空间铰接支点位置、机构传动角、俯仰传动油缸稳定性等约束条件。不过该方法是针对液压缸式俯仰机构提出的，不适用于采用电动缸作为执行机构的机电俯仰机构的布局优化设计。
5、文献2“刘威. 基于复合形法的火箭发射装置俯仰机构优化设计[j]. 水雷战与舰船防护, 2017, 25(02): 10-15+42.”公开了一种俯仰机构铰接支点布局优化设计方法，实现了某火箭发射装置的俯仰机构优化设计。由于该方法采用复合形法对优化问题进行求解，存在寻优过程要求初始解必须满足约束条件、寻优效率低、容易陷入局部解等缺点，实用性较差。
6、文献3“孟利军, 郭云鹤, 凡永华. 大型导弹起竖机构三铰点配置优化技术研究[j]. 弹箭与制导学报, 2019, 39(05): 85-88.”公开了一种大型洲际导弹起竖机构的优化方法，该方法基于力学和运动学分析，通过参数化分析研究总结出铰接支点位置对起竖过程的驱动力和起竖时间的影响，据此利用图表法对该起竖俯仰机构进行了优化设计。该方法的不足之处是优化过程采用图表法，依赖设计人员的手动干预，寻优效率低，通用性和实用性差。
7、文献4“蔡威, 马尚君, 张建新, 周勇, 陈香, 刘更. 机电起竖装置铰链位置及输出速度优化研究[j]. 机械传动, 2021, 45(08): 1-7.”公开了一种基于遗传算法的俯仰机构优化方法，实现了机电起竖装置铰接支点位置和输出速度的优化设计。但该方法在求解3个设计变量优化问题时所需的迭代步数就达到了18000步，求解效率低，实用性差。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种机电俯仰机构铰接支点布局优化设计方法，用于解决现有机电俯仰机构优化设计方法实用性差的技术问题。该方法首先根据机电俯仰机构铰接支点的位置计算电动缸伸长比例系数、俯仰负载力矩、俯仰传动比、电动缸轴向推力、俯仰电机输出扭矩需求和输出转速需求等性能参数；然后选定设计变量、目标函数和约束函数，建立优化问题数学模型；之后进行灵敏度分析，得到目标函数和约束函数关于设计变量的导数信息；最后采用梯度优化算法求解优化问题，根据灵敏度信息进行高效寻优，得到优化设计结果。本专利技术在改善机电俯仰机构性能的同时，得到满足约束条件的优化设计结果。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
3、步骤1：拟定铰接支点初始布局方案；
4、根据机电俯仰机构所属产品给定的设计空间，拟定三个铰接支点初始布局方案，即确定电动缸下支耳与工作平台前支耳的铰接支点、起落架仰角为0°时电动缸上支耳与起落架前支耳的铰接支点、起落架后支耳与工作平台后支耳的铰接支点的位置；其中，铰接支点与固定于工作平台上，铰接支点随着起落架绕铰接支点作俯仰回转运动；
5、根据拟定的铰接支点初始布局方案，确定铰接支点与的水平距离和竖直距离，铰接支点与的水平距离和竖直距离；其中，>0表示在上方，<0表示在下方，=0表示和在竖直方向同一高度； >0表示在上方， <0表示在下方， =0表示和在竖直方向同一高度；
6、步骤2：计算电动缸长度；
7、铰接支点与的距离：
8、
9、铰接支点与的距离：
10、
11、起落架仰角为0°时铰接支点与连线相对于水平线的仰角：
12、
13、电动缸长度，即铰接支点与的距离，为起落架仰角的函数，随起落架仰角的变化而变化：
14、
15、步骤3：计算电动缸伸长比例系数；
16、给定起落架仰角的变化范围[,]，其中和分别为起落架仰角范围的下限和上限；
17、将表达式中赋值为，得到起落架仰角为时电动缸长度：
18、
19、将表达式中赋值为，得到起落架仰角为时电动缸长度：
20、
21、电动缸伸长比例系数为：
22、
23、步骤4：计算俯仰负载力矩；
24、俯仰负载力矩由俯仰重力矩和俯仰动力矩两部分组成：
25、
26、其中，为机电俯仰机构的传动效率；
27、俯仰重力矩是由起落架本身及其承载的有效载荷组件的质量产生的对铰接支点的力矩，是关于起落架仰角的函数，计算公式为：
28、
29、其中，为第个组件的质量，为组件的数目，为重力加速度，为第个组件的重心与铰接支点的距离，为起落架仰角为0°时第个组件的重心与铰接支点的连线相对于水平线的仰角；
30、俯仰动力矩是在将起落架由静止驱动到以设定角速度绕铰接支点匀速转动过程中，克服起落架本身本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机电俯仰机构铰接支点布局优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种机电俯仰机构铰接支点布局优化...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛草，邹汝平，徐宏斌，顾广鑫，朱磊，黄鹏，李正宇，任子薇，陈永伟，石建雄，李一哲，王泽鲲，程伟峰，王安科，吉麦芳，
申请(专利权)人：西安现代控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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