本文關(guān)鍵詞：電動負(fù)載模擬器的控制方法研究

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【摘要】：負(fù)載模擬器可以在實驗室環(huán)境下模擬飛行器舵機在飛行過程中受到的各種力矩,是對飛行器舵機的性能進(jìn)行測試分析的重要地面仿真設(shè)備。為了保證測量精度,負(fù)載模擬器應(yīng)滿足加載精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強等要求,然而在實驗室條件下,因舵機和負(fù)載模擬器機械連接而產(chǎn)生的多余力矩,以及客觀存在的各種非線性因素,必然會影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和跟蹤精度,因此如何抑制系統(tǒng)的多余力矩,并在此基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的動態(tài)性能是負(fù)載模擬器的重點研究內(nèi)容。為了提高電動負(fù)載模擬器的加載精度和動態(tài)性能,論文在分析系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,深入分析系統(tǒng)的加載誤差來源以及轉(zhuǎn)動慣量、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦非線性和間隙非線性等因素對負(fù)載模擬器精度的影響,并針對不同類型的加載誤差提出了相應(yīng)的控制方法。其中,針對系統(tǒng)自身動態(tài)性能引起的加載誤差,利用超前校正和微分先行PID復(fù)合控制方法提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和跟蹤精度;針對多余力矩的干擾,分別將舵機角位移、負(fù)載模擬器角速度和舵機電流作為干擾信號,采用基于結(jié)構(gòu)不變性的前饋補償法對其進(jìn)行抑制;針對摩擦、間隙等非線性因素對系統(tǒng)精度的影響,采用基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器和間隙逆模型對其進(jìn)行了補償。最后,結(jié)合負(fù)載模擬器的性能指標(biāo),分別對負(fù)載模擬器的不同工作狀態(tài)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,加入控制算法后,系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性均得到了改善,多余力矩得到了很好的抑制,同時對于摩擦和間隙非線性的補償效果進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果驗證了論文中相應(yīng)的控制算法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：電動負(fù)載模擬器 多余力矩 前饋補償 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題背景10
• 1.2 負(fù)載模擬器概述10-14
• 1.2.1 負(fù)載模擬器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 負(fù)載模擬器的評價指標(biāo)13-14
• 1.3 負(fù)載模擬器的控制方法研究14-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-18
• 2 電動負(fù)載模擬器的設(shè)計與建模18-26
• 2.1 電動負(fù)載模擬器的工作原理18-19
• 2.2 電動負(fù)載模擬器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型19-23
• 2.2.1 電動負(fù)載模擬器的數(shù)學(xué)模型19-21
• 2.2.2 舵機的數(shù)學(xué)模型21-22
• 2.2.3 系統(tǒng)的綜合數(shù)學(xué)模型22-23
• 2.3 器件選型23-25
• 2.3.1 電機的選型23
• 2.3.2 扭矩傳感器的選型23-24
• 2.3.3 光電編碼器的選型24
• 2.3.4 工控機的選型24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 電動負(fù)載模擬器的精度影響因素分析26-38
• 3.1 多余力矩研究26-28
• 3.1.1 多余力矩定義26-27
• 3.1.2 多余力矩產(chǎn)生原因27-28
• 3.2 轉(zhuǎn)動慣量對系統(tǒng)影響28-30
• 3.2.1 轉(zhuǎn)動慣量對前向通道的影響28-29
• 3.2.2 轉(zhuǎn)動慣量對多余力矩的影響29-30
• 3.3 剛度對系統(tǒng)的影響30-34
• 3.3.1 等效轉(zhuǎn)動剛度的計算31-32
• 3.3.2 扭轉(zhuǎn)剛度對機械諧振的影響32-33
• 3.3.3 扭轉(zhuǎn)剛度對前向通道的影響33-34
• 3.3.4 扭轉(zhuǎn)剛度對多余力矩的影響34
• 3.4 非線性因素對系統(tǒng)的影響34-37
• 3.4.1 摩擦對系統(tǒng)的影響35
• 3.4.2 間隙對系統(tǒng)的影響35-36
• 3.4.3 電機參數(shù)對系統(tǒng)的影響36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 4 提高電動負(fù)載模擬器精度的控制方法研究38-51
• 4.1 前向通道控制器的設(shè)計38-43
• 4.1.1 無源超前校正網(wǎng)絡(luò)39-40
• 4.1.2 微分先行PID校正40-43
• 4.2 多余力矩的抑制43-46
• 4.2.1 基于舵機角位移的前饋補償43-44
• 4.2.2 基于負(fù)載模擬器角速度的前饋補償44-45
• 4.2.3 基于舵機電流的前饋補償45-46
• 4.3 非線性因素的補償46-50
• 4.3.1 摩擦非線性的補償46-49
• 4.3.2 間隙非線性的補償49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 5 實驗與仿真分析51-60
• 5.1 舵機靜止時扭矩加載仿真分析51-55
• 5.1.1 靜態(tài)扭矩加載仿真51-52
• 5.1.2 動態(tài)扭矩加載仿真52-55
• 5.2 舵機運動時扭矩加載仿真分析55-58
• 5.2.1 多余力矩抑制能力55-56
• 5.2.2 動態(tài)跟蹤能力56-58
• 5.3 非線性因素補償58-59
• 5.3.1 摩擦非線性補償58
• 5.3.2 間隙非線性補償58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 6 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 論文工作總結(jié)60-61
• 6.2 未來工作展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果67-68

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本文編號：563811