本文關鍵詞：不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法研究

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【摘要】：舵機負載模擬器是在實驗室條件下對飛行器舵機進行模擬氣動載荷實驗的半實物仿真設備。傳統(tǒng)的負載模擬器工作在加載時,舵機主動運動會引起多余力矩,嚴重影響系統(tǒng)載荷譜跟蹤精度。如何補償和抑制多余力矩是負載模擬器需要解決的重要技術難題。本文提出了一種不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法,并對其進行設計與研究,所完成工作主要包括以下幾個方面:首先,對傳統(tǒng)舵機負載模擬器進行研究,基于機理法建立了其數(shù)學模型,對多余力矩的產(chǎn)生及影響進行了仿真研究,分析多余力矩的產(chǎn)生機理和對加載系統(tǒng)的影響。其次,提出不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法,分析其工作原理和可行性,建立其數(shù)學模型,并使用經(jīng)典PID控制方法對加載方法進行靜態(tài)力矩指令和動態(tài)力矩指令下的仿真驗證。然后,針對傳統(tǒng)PID控制方式在舵機負載模擬器存在數(shù)學模型不準確、參數(shù)時變及非線性等問題時存在的不足,分析并設計了自適應模糊PID控制器,結合系統(tǒng)數(shù)學模型進行仿真,并分析自適應模糊PID控制器在本文研究的加載系統(tǒng)中的有效性。最后,對不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法進行系統(tǒng)解決方案的設計,包括上位機軟件界面設計、下位機軟件流程設計及控制板硬件電路設計。
【關鍵詞】：負載模擬器 多余力矩 模糊PID控制器 扭轉剛度
【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
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 課題研究的背景和意義14
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及關鍵技術14-16
• 1.3 舵機負載模擬器的控制方法研究16-17
• 1.3.1 經(jīng)典PID控制方法16
• 1.3.2 自適應模糊PID控制方法16-17
• 1.3.3 舵機負載模擬器的評價指標17
• 1.4 論文研究內容17-19
• 第二章 傳統(tǒng)負載模擬器建模及其控制分析19-24
• 2.1 傳統(tǒng)負載模擬器組成及工作原理19-20
• 2.2 傳統(tǒng)負載模擬器的數(shù)學模型20-23
• 2.2.1 加載電機數(shù)學模型20-21
• 2.2.2 扭矩傳感器的數(shù)學模型21
• 2.2.3 直流力矩電機驅動器的數(shù)學模型21
• 2.2.4 傳統(tǒng)電動負載模擬器的整體數(shù)學模型21-23
• 2.3 傳統(tǒng)負載模擬器的多余力矩產(chǎn)生機理23
• 2.4 本章小結23-24
• 第三章 不產(chǎn)生多余力矩的舵機負載模擬器的加載方法24-42
• 3.1 不產(chǎn)生多余力矩伺服加載方法提出24
• 3.2 加載系統(tǒng)可行性分析24-26
• 3.2.1 加載系統(tǒng)結構模型24-25
• 3.2.2 加載系統(tǒng)工作原理25-26
• 3.3 加載系統(tǒng)的數(shù)學模型26-32
• 3.3.1 直流電機的數(shù)學模型26-27
• 3.3.2 圓柱螺旋彈簧的變形分析27-31
• 3.3.4 加載系統(tǒng)整體數(shù)學模型31-32
• 3.4 加載系統(tǒng)PID仿真控制32-41
• 3.4.1 PID靜態(tài)加載特性32-37
• 3.4.1.1 常值力矩指令靜態(tài)加載特性33-35
• 3.4.1.2 正弦力矩指令靜態(tài)加載特性35-37
• 3.4.2 PID動態(tài)加載特性37-41
• 3.4.2.1 常值力矩指令動態(tài)加載特性37-39
• 3.4.2.2 正弦力矩指令動態(tài)加載特性39-41
• 3.5 本章總結41-42
• 第四章 自適應模糊PID控制在伺服加載方法中的應用42-59
• 4.1 PID控制方法的局限性42
• 4.2 模糊控制基本理論42-45
• 4.2.1 模糊系統(tǒng)的原理42-43
• 4.2.2 模糊系統(tǒng)的結構43-45
• 4.2.3 模糊控制器的結構45
• 4.3 模糊控制器的設計方法45-49
• 4.3.1 論域、量化因子和比例因子45-47
• 4.3.2 輸入輸出變量詞集47
• 4.3.3 隸屬函數(shù)47-48
• 4.3.4 模糊化方法48
• 4.3.5 模糊決策48-49
• 4.4 自適應模糊PID控制器設計49-58
• 4.4.1 自適應模糊PID控制器原理49-50
• 4.4.2 自適應模糊PID控制器設計50-52
• 4.4.3 自適應模糊PID控制仿真52-58
• 4.4.3.1 常值力矩靜態(tài)加載53-54
• 4.4.3.2 正弦力矩靜態(tài)加載54-55
• 4.4.3.3 常值力矩動態(tài)加載55-57
• 4.4.3.4 正弦力矩動態(tài)加載57-58
• 4.5 本章小結58-59
• 第五章 不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載系統(tǒng)解決方案設計59-72
• 5.1 伺服加載系統(tǒng)關鍵部件選型59-64
• 5.1.1 圓柱螺旋彈簧的選型59-61
• 5.1.2 滑塊驅動電機的選型61-63
• 5.1.3 編碼器選型63-64
• 5.1.4 扭矩傳感器選型64
• 5.2 伺服加載系統(tǒng)硬件設計64-69
• 5.2.1 STM32最小系統(tǒng)設計65-66
• 5.2.2 RS232通信電路設計66-67
• 5.2.3 信號采集電路設計67-68
• 5.2.4 信號輸出電路設計68-69
• 5.2.5 PWM輸出電路設計69
• 5.3 伺服加載系統(tǒng)軟件設計69-71
• 5.4 本章小結71-72
• 第六章 總結和展望72-73
• 6.1 工作總結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)表的學術論文77

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