電動(dòng)負(fù)載模擬器是在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬飛行器在飛行中其舵面所受到的氣動(dòng)載荷的半實(shí)物仿真設(shè)備。被動(dòng)加載模式下,舵機(jī)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起多余力矩,嚴(yán)重影響負(fù)載模擬器系統(tǒng)的精度。如何抑制甚至消除多余力矩是電動(dòng)負(fù)載模擬器設(shè)計(jì)中首要解決的技術(shù)難題。針對(duì)如何消除多余力矩,本文提出了一種雙通道電動(dòng)負(fù)載模擬器的加載方案。首先,在分析雙通道電動(dòng)負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上建立系統(tǒng)的整體模型,并分析了影響系統(tǒng)性能的主要因素,包括多余力矩的產(chǎn)生機(jī)理,加載系統(tǒng)中的非線性因素和不確定因素。其次,設(shè)計(jì)基于傳統(tǒng)控制算法的雙通道電動(dòng)加載控制方案。為跟蹤通道設(shè)計(jì)基于增量式PID算法的速度控制器,為加載通道設(shè)計(jì)基于前饋反饋復(fù)合控制算法的力矩控制器,仿真分析傳統(tǒng)控制算法存在的不足之處。然后,為了解決傳統(tǒng)控制算法的局限性,利用CMAC網(wǎng)絡(luò)和PID結(jié)合的控制算法來(lái)設(shè)計(jì)加載通道控制器,然而常規(guī)CMAC網(wǎng)絡(luò)具有過(guò)學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)速度過(guò)慢等限制,這些降低了加載系統(tǒng)的精度�；谶@種情況,我們提出利用置信度的權(quán)值更新算法和學(xué)習(xí)率自適應(yīng)算法來(lái)提升常規(guī)CMAC學(xué)習(xí)算法的性能,分析兩種算法的仿真結(jié)果表明改進(jìn)的CMAC網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法有效地提升了加載系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。最后,搭建雙通道電動(dòng)負(fù)載模擬器試驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行加載試驗(yàn)。首先進(jìn)行加載系統(tǒng)的關(guān)鍵部件選型,然后設(shè)計(jì)了加載系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),最后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加載測(cè)試試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的雙通道電動(dòng)負(fù)載模擬器的性能符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V216.8
【部分圖文】：

圖 3.3 前饋控制對(duì)系統(tǒng)多余力矩的影響ID 控制方法統(tǒng) PID 控制理論作為經(jīng)典的閉環(huán)控制理論，其發(fā)展較早，比較成熟，目前已是工業(yè)領(lǐng)域的控制策略，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、控制效果明顯等眾多特點(diǎn)，因此在機(jī)械、電車、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，雙通道電動(dòng)負(fù)載模擬器系統(tǒng)中以力矩閉環(huán)控制器為主，因此有必要研究基于傳統(tǒng) PID 的控制方法來(lái)設(shè)計(jì)加載控制器。PID 控制器原理圖 3.4 所示為傳統(tǒng) PID 控制方法的原理框圖，它是由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)組的一種線性控制器，通過(guò)對(duì)這三個(gè)單元的參數(shù)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸出與給定值一致。比例環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)控制對(duì)象r ( t)y (t )e (t )

圖 3.7 無(wú)擾速度跟蹤效果際加載過(guò)程中，加載電機(jī)會(huì)對(duì)跟蹤電機(jī)施加力矩?cái)_動(dòng)，因此測(cè)試跟蹤系統(tǒng)在正弦波形擾下的速度跟蹤性能，力矩干擾指令為幅值 10Nm，頻率為 10HZ 的正弦信號(hào)，速度跟為幅值 10Nm，頻率為 10HZ 的正弦信號(hào)，此時(shí)的控制效果為有擾跟蹤性能，跟蹤效果 所示，從圖中得知速度跟蹤系統(tǒng)的幅值誤差在 0.3N m左右，相位差為 0.329 ，總體性符合要求。因此在加載過(guò)程中，跟蹤通道能夠在克服加載電機(jī)的力矩?cái)_動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)速度同步跟蹤。圖 3.8 有擾運(yùn)動(dòng)跟蹤效果

南京航空航天大學(xué)全日制專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文圖 3.7 無(wú)擾速度跟蹤效果實(shí)際加載過(guò)程中，加載電機(jī)會(huì)對(duì)跟蹤電機(jī)施加力矩?cái)_動(dòng)，因此測(cè)試跟蹤系統(tǒng)在正弦波形的矩干擾下的速度跟蹤性能，力矩干擾指令為幅值 10Nm，頻率為 10HZ 的正弦信號(hào)，速度跟蹤令為為幅值 10Nm，頻率為 10HZ 的正弦信號(hào)，此時(shí)的控制效果為有擾跟蹤性能，跟蹤效果如 3.8 所示，從圖中得知速度跟蹤系統(tǒng)的幅值誤差在 0.3N m左右，相位差為 0.329 ，總體性能標(biāo)均符合要求。因此在加載過(guò)程中，跟蹤通道能夠在克服加載電機(jī)的力矩?cái)_動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)的速度同步跟蹤。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2829133