精密气浮工件台的多领域建模与偏转误差仿真分析

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对于精密气浮工件台这一以机械系统为主体,融合电磁、控制、气等子系统的复杂系统,多领域建模仿真已成为其创新设计与性能分析的重要手段。Modelica是新一代的专门针对多领域物理系统而设计的统一建模语言,它能以统一的方式描述不同领域的组建模型,非常适合现代多领域复杂系统建模。  气体轴承作为精密气浮工件台支承和导向部件,其特性直接决定系统模型的动力学特性,以往的气体轴承建模方法不同程度上做了简化,不能满足越来越精确的建模要求。  本文在国家科技部重大专项项目的资助下,针对精密气浮工件台系统,围绕其多领域耦合特性和气体轴承承载的非线性建模问题,建立了气浮运动平台的多领域仿真模型。具体内容如下:  首先,在分析Modelica语言的建模机理和气体轴承以往的等效建模方法不足之处的基础上,提出了联合仿真的解决方法。基于Winsock网络通信函数建立了Dymola/Simulink/Fluent联合仿真计算方法,为下文的联合仿真提供了软件框架;  其次,介绍精密气浮工件台各部分模型的建立过程,包括气体轴承模型、电磁驱动模型、多体系统模型。重点对气体轴承模型进行了介绍,其包括Modelica接口模型及Fluent流场模型,此建模方法结合了Modelica多领域建模优势和CFD仿真计算优势,得到了精确的气体轴承承载与位姿之间的关系模型;  最后,基于已建立的精密气浮工件台多领域模型,对平台系统的偏转误差进行了分析,仿真结果表明双边驱动的不同步和滑块运动是造成平台系统受到偏转力矩作用的两种主要因素,会使平台产生较大的偏转,必须从结构上进行优化,在控制系统设计中进行控制。
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