電動(dòng)負(fù)載模擬器使得舵機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)從全實(shí)物實(shí)驗(yàn)變成半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn),它的出現(xiàn)在一定程度上降低了測(cè)試成本。它的優(yōu)點(diǎn)在于可控性比較好,重復(fù)性和操作性也比較強(qiáng),測(cè)試數(shù)據(jù)比較全面而且試驗(yàn)周期短。但是它的缺點(diǎn)也比較顯著,電動(dòng)負(fù)載模擬器的加載精度受到剛度、慣量、摩擦以及間隙等因素的影響,加之舵機(jī)與負(fù)載模擬器之間的相互耦合作用,導(dǎo)致多余力矩?zé)o法消除,從而造成跟蹤誤差的產(chǎn)生,降低加載精度,達(dá)不到測(cè)試要求。因而,對(duì)于電動(dòng)負(fù)載模擬器來(lái)說(shuō),如何選用合適的方法優(yōu)化加載系統(tǒng)是非常重要的。首先,本文根據(jù)電動(dòng)負(fù)載模擬器的構(gòu)型,對(duì)其中的各個(gè)元件進(jìn)行了選型,構(gòu)建了電動(dòng)負(fù)載模擬器。然后經(jīng)過(guò)分析計(jì)算構(gòu)建了電動(dòng)負(fù)載模擬器的模型,同時(shí)構(gòu)建了舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型,從而建立了整個(gè)加載系統(tǒng)模型。然后,對(duì)多余力矩的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析,并仿真分析了多余力矩對(duì)于系統(tǒng)的影響,同時(shí)深入研究了剛度、慣量、摩擦以及間隙等非線(xiàn)性因素對(duì)系統(tǒng)的影響。之后,對(duì)電動(dòng)負(fù)載模擬器系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),針對(duì)前向通道設(shè)計(jì)了微分先行PID控制器進(jìn)行了優(yōu)化并得到了理想的加載效果;針對(duì)多余力矩問(wèn)題提出了直接前饋補(bǔ)償法以及基于廣義前向通道的前饋補(bǔ)償法對(duì)多余力矩進(jìn)行了補(bǔ)償;最后,針對(duì)系統(tǒng)... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

氣動(dòng)負(fù)載模擬器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

中北大學(xué)學(xué)位論文10圖2-2電動(dòng)負(fù)載模擬器機(jī)械結(jié)構(gòu)圖Figure2-2Mechanicalstructureofelectricloadsimulator2.2元器件選型2.2.1電機(jī)選型電動(dòng)負(fù)載模擬器的動(dòng)力來(lái)源為電動(dòng)機(jī)，因此電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩、功率、加載精度等參數(shù)制約了系統(tǒng)的性能。電動(dòng)機(jī)提供所需力矩的主要方式有兩種，一是采用直驅(qū)式的力矩電機(jī)，二是采用帶有減速器的伺服電機(jī)[9]。對(duì)于采用帶有減速器的伺服電機(jī)，由于減速機(jī)構(gòu)不可避免的存在機(jī)械間隙，因此會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制精度造成影響，同時(shí)減速機(jī)構(gòu)還會(huì)增加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。采用直驅(qū)式的力矩電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、間隙孝驅(qū)動(dòng)更加直接，在一定程度上能夠使得系統(tǒng)獲得良好動(dòng)態(tài)響應(yīng)。直流力矩電機(jī)主要包含以下三個(gè)部分：轉(zhuǎn)子、定子還有編碼器。使用過(guò)程中電機(jī)的轉(zhuǎn)子與負(fù)載采用剛性聯(lián)軸器連接，可以有效的提高系統(tǒng)剛度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)精度。另外直流力矩電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸入電壓成正比，近似為恒力矩輸出，與轉(zhuǎn)速以及位置無(wú)關(guān)，因此可以保證直流力矩電機(jī)的線(xiàn)性度，其最大優(yōu)勢(shì)在于可以長(zhǎng)時(shí)間工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。舵機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候，電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。同時(shí)在負(fù)載模擬器進(jìn)行加載的過(guò)程中，如果舵機(jī)發(fā)生換向，也處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，恰恰可以將直流力矩電機(jī)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)。因此本論文選擇直流力矩電機(jī)作為電動(dòng)負(fù)載模擬器的動(dòng)力來(lái)源。

中北大學(xué)學(xué)位論文14電動(dòng)負(fù)載模擬器加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如下圖2-3所示。圖2-3電動(dòng)負(fù)載模擬器加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型Figure2-3Loadsystemmathematicalmodelofelectricloadsimulator從上述控制結(jié)構(gòu)框圖可以計(jì)算得到，從系統(tǒng)輸入aU到系統(tǒng)輸出力矩LT（即系統(tǒng)前向通道）傳遞函數(shù)為：132()()LTPammmmTemmTKKKGsULJsRJsKKLKsKR（2-7）從舵機(jī)位置信號(hào)r到系統(tǒng)輸出力矩LT（即系統(tǒng)擾動(dòng)通道）傳遞函數(shù)為：32232()()()LmmmmTermmmmTemmTKLJsRJsKKsGsLJsRJsKKLKsKR（2-8）所以整個(gè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為：12()()LarTGsUGs（2-9）令321()()ammmmTemmGsLJsRJsKKLKsKR，()bTPGsKKK，32()()cmmmmTeGsKLJsRJsKKs如下圖2-4所示為整個(gè)電動(dòng)負(fù)載模擬器加載系統(tǒng)可表示為：

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3034041