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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明提出一种基于Simulink的伺服机构性能与可靠性联合仿真方法，首先建立伺服机构无故障干扰状态下的性能模型，其次，基于ANSYS与Flotherm对伺服机构的关键部件进行可靠性仿真，进行可靠性预计得到关键部件寿命分布。将寿命分布注入到性能模型中，真实准确刻画关键部件故障逻辑，得到整体模型的寿命情况。实现对伺服机构性能和可靠性联合仿真，为机电产品的性能与可靠性优化提供基础模型。基于各软件平台求解得到伺服机构的性能与可靠性的仿真结果分析结果，且其结果更加符合实际、更具有科学性，该方法为其它学者对性能与可靠性联合分析工作的开展提供新的研究思路。

主权项：1.一种基于Simulink的伺服机构性能与可靠性联合仿真方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤一：伺服机构性能仿真方法在Simulink建模仿真中，将伺服机构划分为电机驱动模块、电机-丝杠模块与控制算法模块并建立模型；电机驱动模块将PWM信号转换成正弦波信号；电机-丝杠模块使得三相信号经电机模型后带动负载运动并输出定子电流、转子速度、转子角度及电磁转矩；控制算法模块通过负反馈减小运动输出的位移、电磁转矩与丝杠副速度误差；步骤二：伺服控制驱动器可靠性仿真方法基于热仿真软件Flotherm建立产品的CFD数字样机、CFD数字样机修正及热应力仿真；基于ANSYS软件建立简化模型、进行参数设置与网格划分、模态分析、模态试验及模型修正以及添加随机载荷开展随机振动分析；基于CalcePWA软件建立PCB板模型，以Flotherm热仿真结果和ANSYS振动仿真结果和环境剖面为输入条件，对各PCB板开展基于失效物理的故障预计分析；故障预计得到伺服控制驱动器的故障矩阵，对故障数据开展拟合—抽样—拟合求解过程，得到各功能电路的寿命符合威布尔分布并求出其分布参数；步骤三：伺服机构性能与可靠性联合仿真在simulink中建立可靠性数学模型：基于步骤二伺服控制驱动器中功能电路的寿命分布，建立蒙特卡洛抽样模块；基于步骤二得到的故障首发时间建立故障触发模块；由于伺服控制驱动器中存在AD电路及二次电源电路，分别建立故障触发模块，根据各个电路在伺服机构中的功能逻辑关系建立连接，得到可靠性数学仿真模型；其中，将可靠性仿真模型注入到性能模型，实现由多点断点模块完成，在电机模块的输出处设定断点，将故障触发输出信号加入进行判定；由此，当功能电路发生故障后，故障触发模块输出信号将导致电机模块中断输出，反之对则无影响电机模块的输出信号继续进入下一次反馈；实现联合仿真后通过建立仿真终止模块进行性能与可靠性的联合评估，将理想信号与反馈信号进行比较，低于误差阈值则认为性能水平符合系统指令，反之超出系统指令，此时仿真终止；以性能与可靠性联合仿真模型为基础，开展N次仿真，并记录伺服机构无故障运行次数与伺服机构性能水平符合系统指令次数，以及可靠性基本原理计算伺服机构在时间T内的可靠度以及位置、转速与转矩三种性能水平符合系统指令的概率；在步骤三中，对性能与可靠性联合评估：以性能与可靠性联合仿真模型为基础，开展N次仿真，并记录伺服机构无故障运行次数与伺服机构性能水平符合系统指令次数；设置运行时间为T，开展联合仿真分析，依据公式2～10，求出伺服机构在时间T内的可靠度以及位置、转速与转矩三种性能水平符合系统指令的概率； 式中，N为仿真总次数；Ni＝1表示第i次仿真系统无故障运行，反之系统发生故障；Nk＝1表示第k次仿真系统未因为位置误差低于阈值故障，反之系统因为位置误差超过阈值故障；Nd＝1表示第d次仿真系统未因为速度误差低于阈值故障，反之系统因为速度误差超过阈值故障；Ns＝1表示第s次仿真系统未因为转矩误差低于阈值故障，反之系统因为转矩误差超过阈值故障；P为系统指令与反馈值误差率，Pk、Pd、Ps分别指位置、速度和转矩反馈值与系统指令的误差率，位置、速度和转矩反馈值与系统指令的误差率阈值，R、分别指系统在时间T时的可靠度以及位置、转速与转矩三种性能水平符合系统指令的概率，通过对N次仿真结果统计可得伺服机构的可靠度与性能水平符合系统指令的概率。

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