Математическая модель электромеханической многокоординатной силокомпенсирующей системы

Abstract

Одним из средств построения тренажеров для подготовки космонавтов являются стенды обезвешивания, реализуемые с использованием многокоординатных силокомпенсирующих систем (СКС), обеспечивающих до шести степеней подвижности объекта. Реализацию составляющих движения целесообразно обеспечить суммой трех поступательных взаимно перпендикулярных движений, а также вращением и качанием объекта относительно его центра масс в кардановом подвесе. Для выполнения комплексных исследований, структурно-параметрического синтеза системы управления, анализа статических, динамических показателей работы СКС необходимо разработать математическую модель, адек- ватно описывающую силовые взаимодействия в многокоординатных СКС. Сформулированы допущения, принимаемые при получении математического описания механической части СКС. С учетом этих допущений и выделения четырех основных элементов, взаимодействующих друг с другом: моста, тележки, барабана и обезвешиваемого объекта, получены уравнения, описывающие взаимосвязанное изменение поступательных координат при приложении к обезвешиваемому объекту внешнего силового воздействия. С учетом принципов управления электродвигателями и анализа физических процессов в механической части СКС обоснована целесообразность представления математического описания координат СКС единой обобщенной двухмассовой электромеханической моде- лью с упругой связью. Приведены аналитические выражения для определения параметров обобщенной математической модели и рассмотрены методы по идентификации упруго-диссипативных свойств механических передач и сил трения в СКС. На примере комплекса «Сармат» показано определение параметров математической модели для систем вертикального и горизонтального перемещений. One of the methods of construction simulators for training astronauts is the use of weightlessness simulators implemented with the help of multicoordinate force-compensation systems (FCS) which ensure freedom of object up to six degrees. It is advisable to provide the implementation degrees of freedom with the sum of three translational, mutually orthogonal motions as well as the rotation and rolling of object in gimbal. It is necessary to create mathematical model which describes force-interaction of multicoordinate FCS correctly in order to implement complex researches, control system synthesis, control static and dynamic indices of FCS work. In our paper we defined the assumptions used under the creation of mathematical description of mechanical part of FCS. Based on these assumptions and the selection of four main elements which interact with each other, we got the equations, describing interconnected change of forward co-ordinates when external force-action affects object. Considering principles of electric motor control, analysis of physical processes in mechanical part of FCS, it was proved that it is advisable to represent the mathematical description of co-ordinates of FCS with the help of unified double-mass electromechanical model with flexible coupling. In our paper we also present the analytical expressions for determination of parameters of unified mathematical model, and consider methods of identification of elastic-dissipative properties of mechanical gearing and forces of friction in FCS. By the example of complex “Sarmat” we showed the determination of parameters of mathematical model for vertical and horizontal travels.