关键词:
外压平台
控制系统
优化设计
虚拟调试
摘要:
随着航天工业技术的发展,运载火箭运载能力提升的同时,决定运载能力的燃料贮箱直径逐步增加。大直径的贮箱加工对其加工设备提出了更高的要求,包括加工设备稳定与高自动化需求以及产品生产快速与高效率需求等;但此加工设备结构复杂且要求较高,在设备研究前期,需对其结合技术指标进行完整的设计分析评估。
本文以立式火箭贮箱焊接加工中的升降外压平台作为研究对象,分别从平台机构设计、平台控制系统搭建、平台外压系统外压力与布局优化,平台虚拟模型自动化调试仿真方面进行研究。本文研究主要内容如下:
(1)升降外压平台机构设计分析。基于立式火箭贮箱焊接装备设计,对其中夹具平台升降外压平台进行结构方案设计分析;对已设计机构关键部件进行力学计算,选取相应标准件并进行校核;对机构各功能模块进行强刚度分析,确保机构设计的稳定可靠;机构设计分析为控制系统搭建提供理论基础,强刚度分析为外压力与外压布局优化提供理论基础。
(2)升降外压平台控制系统设计分析。基于机构方案设计分析,构建升降外压平台控制系统整体架构;基于平台工艺流程分析对该机构控制系统硬件与软件进行设计分析,绘制系统电路图,配置整体控制系统。为后文基于数字孪生技术的虚拟模型联合调试仿真提供技术基础。
(3)升降外压平台外压力与外压布局优化研究分析。基于外压刚度模型,建立外压装置外压过程筒段稳定性与外压误差模型,使用遗传算法与有限元仿真方法搭建Matlab与Ansys联合仿真对外压装置外压力与外压布局进行优化验证,最终求出外压装置最优外压力与外压布局。该研究为外压力与布局优化方法提供新思路。
(4)升降外压平台虚拟调试仿真研究分析。基于数字孪生概念,利用OPC协议搭建Simulink与NX MCD联合仿真实验平台,验证机构设计与工艺流程规划的正确性与可行性;基于虚拟控制器技术,搭建TIA Portal与NX MCD联合虚拟调试平台,进行绝对定位控制与自动控制模式下的虚拟调试仿真。结果表明机构设计合理,控制系统可行。