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中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
中国设备工程 2019.09 （下）
六自由度并联运动模拟器具有承载能力大、系统动态响应快、刚度高和无累计误差等特点，能够动态模拟飞机、舰船和车载设备等的性能，广泛应用于飞行员、船员等的飞行模拟训练和舰船航行模拟训练。六自由度运动模拟器结构参数设计是否合理关系到模拟器各项功能能否实现和控制的难六自由度直升机运动模拟器 朱城辉
（中国直升机设计研究所，天津 300308）
摘要：本研究广泛用于直升机模拟训练的六自由度运动模拟器参数优化的方法。以液压作动筒驱动力均值最小为优化目标，采用两种方法进行六自由度运动模拟器结构参数优化。首先通过牛顿-欧拉法建立单体动力学模型，优化运动模拟器结构参数并采用Adams 优化验证，然后采用Adams 进行运动模拟器多体动力学结构参数优化。优化结果对于指导机构尺寸详细设计、降低成本和提高运动模拟器动态性能具有重要作用。
关键词：六自由度；直升机运动模拟器；动力学；优化设计；Adams
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）09（下）-0077-02
易程度，比如，影响到六条支链的速度、受力和伸缩行程等，进而对选用液压缸、变量泵和位移传感器等产生重要影响，而液压缸、变量泵和位移传感器在六自由度运动平台的成本中占有重要位置。因此，本文研究运动模拟器的结构参数动力学优化设计，为后续机构详细设计提供指导，使其设计和2 汽轮机变负荷运行优化方法分析 （1）优化运行初压参数。在众多运行控制参数中，机组运行初压直接汽轮机热耗率相关，是汽轮机中最重要的运行参数之一，因此，汽轮机组运行初压参数优化是汽轮机运行优化的重要内容。一方面，现阶段对运行初压的研究大多仅以机组热耗率作为评价机组运行工况的标准，而在实际电厂运行中，机组热经济性与汽机热效率、锅炉效率和厂用电率都有关，因此，在进行运行初压优化时，必须
考虑辅机泵耗功及各调节级阀门的蒸汽分配，确定阀门开度从而得到最优运行初压参数；另一方面，由于环境、负荷以及设备运行状态的原因，汽轮机初始参数往往不是定值，而是在某一范围内波动，这虽然不影响机组安全运行，但会对机组经济性产生不利影响，通过试验及计算确定机组最优初压参数将大大提高机组热经济性。余兴刚等研究了某600MW 亚临界机组初终参数耗差，设计了一种热力系统变工况计算模型，得到汽轮机初始压力与背压的关系，该计算模型可用于核算汽轮机厂方修正曲线，得到机组运行最优初始压力，降低机组煤耗率。
（2）优化配汽方式。汽轮机阀门流量特性曲线表征了汽轮机理论流量特性，实际运行中汽轮机阀门特性流量曲线与实际流量特性不一致时将出现一次调频能力差，机组切换配汽方式时负荷波动较大以及调节阀晃动等情况，严重影响机组稳定运行。优化配汽方式即通过改变原先的配汽方式或调整阀门重叠度使得汽轮机特性流量曲线能够准确表征实际流量特性，提高汽轮机组经济性，提升机组一次调频品质。李金印研究了汽轮机组运行优化措施，研究表明，在低负荷运行工况下采用复合配汽方式将造成大量浪费，复合配汽方式只在高负荷工况下表现出高运行效率。张荣欣等进一步针对东方汽轮机有限公司生产的超超临界凝气式汽轮机组展开
运行优化研究，研究表明，多种配汽方式能更有效的调节汽轮机流量特性，当机组负荷达到50%以上时，采用顺阀配汽方式，其余采用单阀配汽方式，同时合理设置各调门重叠度，使运行方式切换时能够平稳过度，配汽方式优化后，机组调速系统调节品质得到进一步提高。
鹰眼监控系统（3）降低汽轮机能耗。汽轮机能耗较大使得机组经济性降低，必须根据汽轮机组运行特点和能耗特征，针对性地采取有效的措施，不断优化汽轮机组运行，保证汽轮机稳定经济运行。一方面，降低机组启停能耗，在启机过程中通过手动操作，控制真空压力处于65～70kPa 范围内，缩短启机时间，降低机组能耗。另一方面，保持高压加热器投入率，控制给水温度，稳定水量水位，在机组启停时，及时投入高压加热器。另外，长期运行的凝汽式汽轮机组凝汽器冷却面将出现大量污垢，及时采用高压水射流对冷却面进行清洗，有效地保证凝汽器安全正常运行。3 结语
汽轮机是整个电力行业的硬件基础，本文阐述了额定功率60MW 抽凝式汽轮机运行过程中存在的问题，分析了不同运行方式的优点和不足，介绍了优化运行初压、优化配汽方式及节能降耗三个运行优化方法，争取为汽轮机运行优化方面提供经验借鉴，促进汽轮机运行优化技术发展。
参考文献：
[1]万祥，胡念苏，韩鹏飞，张海石，黎师祺.大数据挖掘技术应用于汽轮机组运行性能优化的研究[J].中国电机工程学报,2016,36(02):459-467.
真空注型机[2]余兴刚，李明，李旭，蒋北华，谢诞梅.汽轮机初终参数耗差分析与初压优化
[J].中国电机工程学报,2018,38(13):3858-3864-4026.[3]李金印.电厂汽轮机运行优化措施探讨[J].科技风,2019(03):175.
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研究与探索Research and Exploration ·改造与更新
中国设备工程 2019.09 (下)
制造成本最低。
1 机构结构参数简介和优化流程
六自由度运动模拟器的机构示意图和虎克铰在平台的铰接位置如图1
所示。
图1 六自由度运动模拟器机构示意图
本文以运动模拟器液压作动筒在给定工况下平均受载最小为优化目标，实现机构动力学结构参数优化，结构参数优化流程如图2
所示。
图2 结构参数优化流程
2 六自由度运动模拟器动力学分析
动力学分析是六自由度运动模拟器控制器设计和动态仿真的基础，其中，逆动力学分析对于运动模拟器研究最具实际意义，本文通过采用牛顿-欧拉法进行六自由度运动模拟器的单体动力学分析。
根据牛顿欧拉法，液压作动筒驱动力的显示表达为：
3 六自由度运动模拟器单体动力学分析实例3.1 六自由度运动模拟器工况要求
为优化六自由度运动模拟器的结构参数，设定模拟器的运动工况如表1所示。
表1 模拟器单自由度运动最大参数
运动参数坐标轴
转动
平动
角位移（
rad ）角速度
（rad/s ）角加速度（rad/s 2）位移（mm ）速度（mm/s ）加速度（mm/s 2）X ±π/6±π/4±π/2±1000±600±500Y ±π/6±π/4±π/2±1000±600±500Z
±π/3±π/6±π/2
±1000±600±500
3.2 基于MATLAB 的动力学分析与计算
根据工况要求，在仿真实例中给定动平台的平动运动规律为nc6000
给定动平台的转动运动规律为
采用MATLAB 对结构参数进行优化，优化结果如表2所示。
表2 运动模拟器结构参数MATLAB 优化结果
h/mm R 1/mm R 2/mm θ1/rad θ2/rad F average(min)/N
初始值300018002250π/18π/189476.74优化值3477.51437.31579.613π/905π/368175.04
3.3 基于Adams 的动力学分析与计算
采用Adams 建立六自由度运动模拟器的参数化模型，如图3所示，优化结果如表3所示。
表3 运动模拟器结构参数Adams
优化结果
h/mm R 1/mm R 2/mm θ1/rad θ2/rad F average(min)/N
初始值300018002250π/18π/189476.74优化值3412.31471.61561.37π/452π/98042.04
氨气生成一氧化氮图3 六自由度运动模拟器参数化模型
4 Adams 多体动力学优化分析
为得到更精确的结构参数和和机构动力学性能，计及液
压作动筒的质量，采用Adams 进行六自由度运动模拟器多体动力学参数优化，优化结果如表4所示。
表4 运动模拟器结构参数Adams 优化结果
礼品包装盒制作h/mm R 1/mm R 2/mm θ1/rad θ2/rad F average(min)/N 初始值300018002250π/18π/189476.7优化值2707.61539.11821.94π/4π/968226.4
在实际工程中，为了简化计算过程，可以对运动模拟器进行单体动力学分析，近似优化结构参数。
5 结语
手动风量调节阀
本文采用了两种方法对六自由度模拟器结构参数进行了动力学优化，得出了以下结论。
（1）采用牛顿-欧拉法建立六自由度运动平台的单体动力学模型，并采用MATLAB 进行了模拟器结构参数优化，然后进行了Adams 单体动力学优化分析，通过比较两者的优化结果，验证了动力学模型的有效性和优化结果的工程适用性。
（2）采用Adams 进行了六自由度运动模拟器结构参数的多体动力学优化分析，通过比较单体和多体动力学优化结果，在液压作动筒和动平台质量相差很大的情况下，可以不计液压作动筒的质量，将单体动力学优化结果提高一定幅值应用于工程实际。
（3）优化结果能指导机构尺寸详细设计，合理选用液压缸、变量泵和位移传感器等，使系统设计和制造成本最低。
参考文献：
[1]徐勇.六自由度转台控制策略及三维动画仿真研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2001.
[2]肖华.六自由度Stewart 并联机构结构的优化设计[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.
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