Анализ имитационных динамических стендов с механическими управляющими связями

• Автор: Трифоненко, Борис Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 116 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЮЩИХ СВЯЗЕЙ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ИМИТАЦИОННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СТЕНДОВ
1.1. Синтез кинематических схем имитационных
стендов
1.2. Программное управление движением динами-
ческого стенда
1.3. Кинематическая схема имитационного динами-
ческого стенда
1.3.1. Описание конструкции
1.3.2. Системы координат и связь между ними
1.3.3. Определение длин штоков гидроцилиндров
1.3.4. Определение положения платформы по заданным длинам штоков гидроцилиндров
1.3.5. Численное решение системы уравнений кинематики
1.3.6. Линеаризация управляющих связей
1.3.7. Результаты численных расчетов кинематики ИДС
1.3.8. Определение усилий в гидроцилиндрах при заданном движении верхней платформы
1.3.9. Результаты расчета усилий
1.4. Расчет геометрических размеров управляющих связей опытного образца ’’Динамического кресла”
(ДК)
1.4.1. Постановка задачи
1.4.2. Методика расчета минимальных размеров управляющей связи
1.4.3. Расчет перемещений точки крепления управляющей связи к платформе
Глава 2. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ С УПРАВЛЯЮЩИМИ СВЯЗЯМИ
2.0. Полная система уравнений движения ИДС
2.1.0. Описание системы
2.1.1. Уравнения связей
2.1.2. Уравнения движения центра масс платформы
2.1.3. Уравнения движения платформы вокруг центра масс
2.1.4. Уравнение гидравлического исполнительного механизма (ГИМ)

Туреяе! Ьу
2.1.5. Обоснование возможности замены гидроприводов имитатора движений линейными двигателями постоянного тока
2.1.6. Математическая модель имитационного динамического стенда
2.2. Определение сил реакции связей
2.3. Уравнения движения динамического стенда в вари-
ациях
Глава 3. АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СТЕНДОВ С МЕХАНИЧЕСКИМИ УПРАВЛЯЮЩИМИ СВЯЗЯМИ
3.1. Понятие устойчивости
3.2. Устойчивость положений равновесия платформы
3.3. Качество линейной системы
3.4. Абсолютная устойчивость имитационных динами-
ческих систем в первом приближении
3.5. О стабилизируемости управляемых движений по
первому приближению
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Характерной чертой современного развития науки и техники является широкое внедрение роботов, имитаторов движений и тренажеров в сферу производства и научных исследований.
По полноте вызываемых ощущений тренажеры подразделяются на две основные группы: статические и динамические. В динамических движется рабочее место обучаемого. Здесь отрабатываются навыки управления в условиях воздействия реальных перегрузок. Сюда же относятся тренажеры, в которых имитируются динамические изменения окружающей среды.
В зависимости от объема моделируемых систем объекта и соответственно вида и количества отрабатываемых профессиональных навыков тренажеры подразделяются на специализированные, комплексные и исследовательские. На комплексных отрабатывают программы в целом. Здесь суммируются навыки, приобретенные на специализированных тренажерах.
На протяжении последних десятилетий среди специалистов в области механики заметно возрос интерес к изучению имитационных динамических стендов (ИДС). Прежде всего это объясняется тем обстоятельством, что стремительное развитие техники привело к значительному увеличению механических воздействий на человека. В последнее время предпринимаются усилия, направленные на разработку все более рационального подхода к вопросам конструирования и управления ИДС. Результаты анализа патентной литературы по кинематическим схемам пилотажнодинамических стендов и способов управления ими с целью динамической имитации полета свидетельствуют о том, что в России и в ведущих зарубежных фирмах ведутся настойчивые поиски и разработки новых перспективных пилотажно-динамических стендов, позволяющих наиболее эффективно создавать физиологическую и динамическую иллюзии полета для оператора, находящегося в кабине стенда. Использование зарубежного и отечественного опыта является характерной особенностью проводимой работы и позволяет создавать новое техническое решение, превосходящее по своим данным известные.
Современные подвижные имитаторы и тренажеры, представляющие собой многостепенные управляемые комплексы, которые должны с высокой точностью воспроизводить программное и возмущенное движения имитируемого объекта. Имитация возмущенного движения актуальна для динамических тренажеров транспортных средств (космических, авиационных, морских, автомобильных, железнодорожных и т.д.).
По сравнению с самими самолетами авиационные тренажеры имеют много преимуществ. Как отмечают зарубежные обозреватели, они примерно в 10 раз дешевле имитируемых летательных аппаратов, экономичны в эксплуатации, безопасны в работе, не зависят от метеоусловий и насыщенности летающими объектами зоны аэродрома. К тому же тренажеры могут использоваться для профессионального отбора летчиков и космонавтов по личностным качествам с целью уменьшения отсева курсантов и снижения затрат на бесполезное обучение людей, профессионально не пригодных к летной работе. По свидетельству журнала ’’Аэроспейс интернэшнл”, существующие комплексные тренажеры нарабатывают более трех тысяч часов в год при уровне

Из выражений (1.3.11), (1.3.12) получим:
—£л/3 (<2 ~ <1) + £ (<2 ~ <1) = (<Э2 ~ £?1) £л/3(<2 — и) + £ (<2 — £1) = (<3г - <91)
отсюда:
с ($2 — — (<Э2
= ~ "Лг» “
(*?2 — <31)2: + (<3г — £}1)-2£
(1.3.13)
—<12
Кроме того, сложив первые уравнения (г = 1) (1.3.11) и (1.3.12), получим
_ 2п
-£К13 -чК23-{(К33-Ь) = <Эг° +Яг 3,
отсюда:
£ К13 + г] Кчг + С -К"зз = С <1 — (<Эх3 + С?! а- (1.3.15)
Вычтя уравнения при г = 1 (1.3.11) и (1.3.12):
£л/з(А„ -*1) + Ч>/5х2г.+ СХз1 = (# ~<ЭГ¥)-
Отсюда
/ 27Г _ 2тт
т з _ д з |
£ Кц + Ч К21 + С Аи = 4
Подставив в правые части (1.3.15) и (1.3.16) выражения £, £ из (1.3.13) получим:
/ 2тг 2тг _ / 27Г 2тг
((323 + £ А13 + г; А23 + С Кзз = £ -Кц + 21 + £ Кп

/ 2тг _ 2тг_ __ / 2тг _ 2тг
(<Э23 - <32 3 ) <1 - ( (1.3.17)
Л/3?12
Используя выражения для <3* получим окончательно:
{ = ?+ + 5»»_в_
С = д + 5К13,
£-Кц + г?К21 + £ А31 = д+ + 5
£70з + Г7А2.3 + £АГ3з = д + §Кгз,
_ н. , г А'зз
(1.3.18)