角度范围、B2为从动角位移机构摇臂的转动角度 范围；
[0039] AL13为主动角位移机构斜边长度伸长(收缩)量、AL23为从动角位移机构斜边长 度伸长(收缩)量。
[0040]基于软轴推拉钢索的反馈系统包括两个角位移机构（角位移机构1、角位移机构 2)，两个角位移机构通过软轴推拉钢索连接，其中两个角位移机构采用的是连杆结构，软轴 推拉反馈钢索实现了位移信号反馈系统"角位移一线位移一角位移"的传递关系。
[0041 ]其中摇臂L11和L21的摆动范围分别是B1和B2,在摇臂摆动过程中，要求摇臂L11和 L21同时达到摆动范围两端。
[0042]通过对上述反馈机构的分析可以得出以下几个方面的目的：
[0043] 1)通过对该位移反馈系统的分析，可以得出摇臂L11和L21摆动角度理论关系曲 线。
[0044] 2)通过对该位移反馈系统的建模，可以分析出其中某个结构尺寸的改变对理论关 系曲线的影响。
[0045] 3)通过对该位移反馈系统的分析，可以得出其中结构尺寸对摇臂摆动范围的影 响，对该系统的调节提供参考依据。
[0046] 4)通过对该系统中某个结构尺寸的设计，可以实现两端摇臂的某种特定的关系曲 线。
[0047] 利用本指导书对基于软轴推拉钢索的位移反馈系统的分析和设计，最后输出得到 理论关系曲线计算报告，或者是位移反馈系统结构尺寸设计报告。
[0048] 本实施例中，软轴推拉反馈钢索具有良好的柔性，能够在适应发动机圆柱面的外 形的条件下实现线位移运动关系的传递。在忽略反馈钢索的线弹性伸长量的情况下，软轴 推拉反馈钢索在线位移运动关系的传递过程中能够实现"即时"传递。图2中反馈系统两端 的角位移机构斜边的位移变化量相等，即AL13 = AL23。
[0051 ]其中，以下述数据为例，Lll = 40mm、L12 = 210 · 9mm、al2 = 69 · 34°、a21 = 48°、L22 = 192.28111111、1^1=63.8111111，则其构建理论关系曲线的解析表达式如下：
[0049] 定义反馈系统两端角位移机构摇臂的转动角度分别为X和y。则y、x满足以下关系 式：
[0050]
[0052]
[0053] 结构参数all定义为m，L21定义为η，理论关系曲线解析表达式如下，请参考图3中 的曲线F1，该曲线通过MATLAB中的e ζρ 1 〇 t函数实现反馈系统角位移转动关系曲线的绘制， 具体的，通过在上述的曲线上等间距取点，利用MATLAB中的cftool工具进行曲线拟合得出 近似的解析表达式。即得出基于软轴推拉反馈钢索的位移信号反馈系统的理论关系曲线：
[0054]
[0055]需要说明的是，假设在给定位移信号反馈系统两侧摇臂的转动角度范围的情况 下，需要对上述位移信号反馈系统中的某两个结构尺寸参数m和η进行设计，使得位移信号 系统能够实现某种特定的关系曲线。在一个备选实施方式中，其中m和η为所述结构参数前5 项中的任意两个参数。
[0056] 由上述函数可以总结为：
[0057] 位移信号反馈系统实现了如下的隐函数关系表达式:Fl(m，n，x，yl) = 0,同时为了 满足位移信号反馈系统两侧摇臂的转动角度范围关系，m和η满足关系式:G(m，n)=0,现需 要位移信号反馈系统实现某种特定的函数关系表达式:F2(x，y2)=0,因此，如图3所示，要 求曲线F1的线型与F2的线型一致。
[0058]为了使得图中的F1和F2-致，即使两条曲线更加"贴合"，定义目标函数为图中阴 影部分的面积。即需要求出最佳的结构参数m和η使得阴影的面积为最小。
[0059] 上述问题转化为一个含约束的非线性优化问题，其中优化的目标函数为：
[0060]
[0061] 可以理解的是，上是优化函数的目的在于使图3中的阴影面积最小，从而求得m、n 的值。MATLAB提供了包含约束的非线性优化的工具函数，调用MATLAB中的fmincon函数对上 述的问题进行优化得出优化结果。本实施例中，通过Matlab中的优化函数对上述的问题进 行优化得出优化结果为:m = 51.2、n = 63.8。
[0062] 本发明通过对现有技术中的反馈系统进行了函数优化，从而反向设计软轴推拉钢 索的结构参数，解决了原实验描点方式下的曲线不规则的缺陷，提高了对基于软轴推拉反 馈钢索的位移信号反馈系统中运动规律获取的准确度。减少了该套反馈系统的安装调试 50%的工作时间。
[0063] 本发明通过优化函数解决了现有技术中如图3所示的曲线F1的不规则性变化规律 导致的控制过程不易实施等缺陷，经过优化对初始角度m和初摇臂长度η进行设计，使得最 终形成的曲线为规则曲线，或近似规则曲线，从而使得控制过程更加规则化，易于实现。
[0064] 最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
【主权项】
1. 一种基于软轴推拉钢索的角位移信号反馈系统的优化方法，所述角位移信号反馈系 统包括主动角位移机构W及从动角位移机构，所述主动角位移机构与所述从动角位移机构 的一个斜边通过钢索连接，其特征在于，所述优化方法包括如下步骤： 步骤一、构建基于软轴推拉钢索的角位移信号反馈系统几何模型，获取主动角位移机 构与从动角位移机构的结构参数，其中，在所述结构参数中，所述主动角位移机构的主动件 结构参数m，W及所述从动角位移机构的从动件结构参数n为待优化参数； 步骤二、根据主动角位移机构与从动角位移机构的斜边长度变化量构建待优化函数关 系式，所述待优化函数关系式内包括步骤一所述的主动件结构参数mW及从动件结构参数 n; 步骤=、给定所述主动角位移机构与从动角位移机构的摇臂摆动时角度变化的目标函 数关系式； 步骤四、使所述待优化函数关系式对应的曲线与所述目标函数关系式对应的曲线贴 合，计算所述待优化参数m与n。2. 如权利要求1所述的基于软轴推拉钢索的角位移信号反馈系统的优化方法，其特征 在于，所述目标函数关系式包括一次函数或二次函数。3. 如权利要求1所述的基于软轴推拉钢索的角位移信号反馈系统的优化方法，其特征 在于，使所述待优化函数关系式对应的曲线与所述目标函数关系式对应的曲线贴合时包括 采用如下优化函数：其中，所述待优化函数关系式或目标函数关系式中的自变量变化范围为O~B2,所述yl 与y2分别为所述待优化函数关系式与目标函数关系式中同一自变量条件下的因变量值。4. 如权利要求1所述的基于软轴推拉钢索的角位移信号反馈系统的优化方法，其特征 在于，所述主动角位移机构的主动件结构参数包括摇臂与水平线的初始角度，所述从动角 位移机构的从动件结构参数为摇臂长度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于软轴推拉钢索的角位移信号反馈系统的优化方法，首先构建基于软轴推拉钢索的角位移信号反馈系统几何模型，获取主动角位移机构与从动角位移机构的结构参数，其次，根据主动角位移机构与从动角位移机构的斜边长度变化量构建待优化函数关系式，所述待优化函数关系式内包括步骤一所述的主动件结构参数m以及从动件结构参数n两个待优化的参数，同时，给出所述主动角位移机构与从动角位移机构的摇臂摆动时角度变化的目标函数关系式；最后，通过优化函数使所述待优化函数关系式对应的曲线与所述目标函数关系式对应的曲线贴合，计算所述待优化参数m与n。提高了对基于软轴推拉反馈钢索的位移信号反馈系统中运动规律获取的准确度。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN105652659
【申请号】
【发明人】刘永泉, 郑伟连, 金海 , 周伟朋, 李润泽
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月30日