本文關(guān)鍵詞：雙跟蹤加載系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

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【摘要】：舵機的加載系統(tǒng)在工程領(lǐng)域被稱為負載模擬器,是在實驗室環(huán)境下用于模擬飛行器舵系統(tǒng)所受到氣動載荷的半實物仿真設(shè)備,其廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。在被動加載模式下,舵機主動運動所產(chǎn)生的多余力矩,會嚴重影響加載系統(tǒng)對載荷譜的跟蹤精度,故抑制和補償系統(tǒng)中的多余力矩是加載系統(tǒng)要解決的首要問題。為了盡可能的抑制系統(tǒng)中的多余力矩,提高系統(tǒng)的加載精度和范圍,本文對以運動跟蹤為前提,載荷跟蹤為目的的雙跟蹤加載系統(tǒng)進行了研究與實現(xiàn)。首先,介紹了雙跟蹤加載系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和工作原理,利用機理法建立系統(tǒng)的數(shù)學模型,分析雙跟蹤加載系統(tǒng)多余力矩產(chǎn)生的根源并與以往的單電機系統(tǒng)進行比較,展現(xiàn)雙跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)越性,同時分析多余力矩與舵指令幅值、頻率之間的關(guān)系。然后,將經(jīng)典算法應(yīng)用到雙跟蹤加載系統(tǒng)中,為其跟隨系統(tǒng)設(shè)計PID控制器,為其加載系統(tǒng)設(shè)計前饋控制與PID相結(jié)合的復合控制器,仿真分析它們的控制效果,從而驗證經(jīng)典控制算法的有效性,并指出其存在的不足。接著,針對經(jīng)典控制算法在解決雙跟蹤加載系統(tǒng)數(shù)學模型不精確、非線性和參數(shù)時變等問題存在的局限性,將先進算法引入到雙跟蹤加載系統(tǒng)的控制中,為加載系統(tǒng)設(shè)計基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制器和模糊自適應(yīng)PID控制器,仿真表明設(shè)計的控制器均能實時在線整定P、I、D各控制參數(shù),提高了加載系統(tǒng)的自適應(yīng)性和加載性能,從而實現(xiàn)了雙跟蹤加載系統(tǒng)的高精度加載。最后,為雙跟蹤加載系統(tǒng)進行硬件選型及硬件電路設(shè)計,在此基礎(chǔ)上完成控制系統(tǒng)的上、下位機設(shè)計。實際的測試結(jié)果表明設(shè)計的雙跟蹤加載系統(tǒng)滿足其性能指標要求。
【關(guān)鍵詞】：加載系統(tǒng) 負載模擬器 多余力矩 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模糊控制
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V216.8
【目錄】：

• 摘 要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題研究背景與意義14-15
• 1.2 負載模擬器的關(guān)鍵技術(shù)15-16
• 1.3 負載模擬器系統(tǒng)的評價指標16
• 1.4 負載模擬器的常用控制策略16-18
• 1.4.1 傳統(tǒng)控制策略17-18
• 1.4.2 先進控制策略18
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 雙跟蹤加載系統(tǒng)建模及控制分析20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 雙跟蹤加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析20-21
• 2.3 雙跟蹤加載系統(tǒng)建模21-24
• 2.3.1 執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)學模型21-22
• 2.3.2 扭矩傳感器的數(shù)學模型22-23
• 2.3.3 驅(qū)動器的數(shù)學模型23
• 2.3.4 系統(tǒng)的整體數(shù)學模型23-24
• 2.4 雙跟蹤加載系統(tǒng)與單電機加載系統(tǒng)的比較24-27
• 2.4.1 傳遞函數(shù)分析24-25
• 2.4.2 仿真分析25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 雙跟蹤加載系統(tǒng)的經(jīng)典算法控制及仿真28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 前饋控制28-30
• 3.3 經(jīng)典PID控制及其參數(shù)整定30-33
• 3.4 前饋及PID復合控制器33-38
• 3.4.1 仿真分析34-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 雙跟蹤加載系統(tǒng)的先進算法控制及仿真39-56
• 4.1 引言39
• 4.2 經(jīng)典控制算法局限性分析39
• 4.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制39-45
• 4.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)39-40
• 4.3.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制器40-43
• 4.3.3 仿真分析43-45
• 4.4 模糊自適應(yīng)PID控制45-54
• 4.4.1 模糊控制46-48
• 4.4.2 模糊自適應(yīng)PID控制器48-51
• 4.4.3 仿真分析51-54
• 4.5 不同算法控制比較54-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第五章 雙跟蹤加載系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)56-71
• 5.1 引言56
• 5.2 雙跟蹤加載系統(tǒng)主要部件選型56-59
• 5.2.1 加載、跟隨電機的選型56-57
• 5.2.2 驅(qū)動器的選型57-58
• 5.2.3 扭矩傳感器的選型58
• 5.2.4 編碼器選型58-59
• 5.3 雙跟蹤加載系統(tǒng)硬件電路59-63
• 5.3.1 STM32最小系統(tǒng)電路設(shè)計60-61
• 5.3.2 RS422通信電路設(shè)計61
• 5.3.3 扭矩信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計61-62
• 5.3.4 信號輸出電路設(shè)計62-63
• 5.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計63-67
• 5.4.1 上位機監(jiān)控界面設(shè)計63-65
• 5.4.2 下位機軟件設(shè)計65-67
• 5.5 雙跟蹤加載系統(tǒng)實物部分67-68
• 5.6 實際控制效果68-70
• 5.6.1 跟隨系統(tǒng)運動跟蹤效果68-69
• 5.6.2 靜態(tài)加載69-70
• 5.6.3 動態(tài)加載70
• 5.7 本章小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 論文主要結(jié)論71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 參考文獻73-76
• 致謝76-77
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文77

【參考文獻】

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本文編號：1122804