舵機電動式加載測試系統(tǒng)主要用來在實驗室條件下檢測航天航空飛行器如飛機、火箭、無人機等舵機驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)性能,將原本在真實環(huán)境中進行的實物實驗轉(zhuǎn)化為實驗室里的仿真實驗。隨著高機動性和高精確性導彈、無人機等小型高精尖飛行器等核心武器控制性能要求的不斷提高,對電動式加載測試系統(tǒng)的加載性能提出了更高的要求。由于電液式加載系統(tǒng)存在伺服閥死區(qū)、壓力波動、多余力矩抑制效果差等問題,在小力矩加載場合下其加載性能很難保證。為了全面提高小力矩加載場合下舵機加載系統(tǒng)的力矩加載性能,本文以永磁同步伺服電機為執(zhí)行機構(gòu)搭建了一臺電動式加載測試系統(tǒng)實驗樣機。在此基礎(chǔ)上研究并解決了電動式加載測試系統(tǒng)多余力矩抑制及力矩高精度加載問題,從而提高了30 N?m以下小力矩加載場合中電動式加載測試系統(tǒng)的力矩加載性能,為高性能電動式加載測試系統(tǒng)的研制提供理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ),本文主要從以下幾個方面展開研究工作:首先為了研究小力矩場合下舵機加載系統(tǒng)的加載性能,考慮了控制算法的適用性,基于所搭建的實驗樣機建立了該實驗樣機的數(shù)學模型。為獲得數(shù)學模型的參數(shù),提出了一個改進的遞歸最小二乘參數(shù)辨識方法。在所獲得的數(shù)學模型的基礎(chǔ)上研究了實驗樣機開環(huán)控制時的基本加載性能。在PID+前饋控制器控制下仿真研究了實驗樣機的加載性能,仿真結(jié)果驗證了傳統(tǒng)PID控制器及PID+前饋控制器不能滿足電動式加載測試系統(tǒng)的力矩加載性能要求。為了獲得更好的加載性能,考慮了實驗樣機的非線性及參數(shù)的不確定性等因素,設(shè)計了一個模糊自適應(yīng)魯棒控制器,并應(yīng)用該控制器進行了力矩加載仿真研究。仿真結(jié)果表明該控制器性能比PID+前饋控制器好,同時說明探索更高性能的控制器能更進一步提高電動式加載測試系統(tǒng)的加載性能。為了設(shè)計更高性能的控制器,研究了電動式加載測試系統(tǒng)多余力矩的特點及其構(gòu)成,通過實驗證明了該實驗樣機的多余力矩不僅與舵機運動的速度、加速度有關(guān),而且在小力矩加載場合下庫倫摩擦力矩也是多余力矩的重要組成部分。為了提高控制器的穩(wěn)定性,引入一種連續(xù)摩擦模型替代傳統(tǒng)分段摩擦模型,并在此基礎(chǔ)上提出一種基于改進Cuckoo Search algorithm(ICSA)算法的連續(xù)摩擦模型等效方法,獲得了該連續(xù)模型的數(shù)學表達式。為了優(yōu)化控制器的結(jié)構(gòu)并提高穩(wěn)定性,在不影響控制性能的前提下,對獲得的摩擦模型的數(shù)學表達式進行了近似等效簡化。根據(jù)所建立的實驗樣機的數(shù)學模型并考慮實驗樣機的不可測變量及強外部干擾等因素,設(shè)計了一個基于T-S模糊模型的包含系統(tǒng)非線性及舵機運動干擾的狀態(tài)觀測器。同時,在此狀態(tài)觀測器基礎(chǔ)上結(jié)合獲得的連續(xù)摩擦模型,提出了一個基于T-S模糊模型的魯棒H_∞輸出反饋控制方法來抑制實驗樣機的多余力矩。利用Lyapunov理論證明了該控制器是一致漸進穩(wěn)定的。實驗和仿真證明了該方法對多余力矩抑制的有效性。實際控制系統(tǒng)的模型參數(shù)往往隨時間、溫度、元器件老化磨損等外界因素發(fā)生變化。另外,輸出反饋控制器存在的執(zhí)行器輸出信號飽和問題也會影響控制器的穩(wěn)定性。針對這些因素嚴重影響實驗樣機力矩加載性能的問題,設(shè)計了一個基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和線性微分包含(LDI)結(jié)合的魯棒H_∞輸出反饋控制器。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和LDI結(jié)合實現(xiàn)了庫倫摩擦力矩的離線線性化,提高了控制器的穩(wěn)定性并簡化了控制器結(jié)構(gòu)。通過H_∞原則保證了被控系統(tǒng)在有參數(shù)不確定性及執(zhí)行器輸出飽和存在情況下的穩(wěn)定性。舵機運動引起的干擾被看成是魯棒控制器的外部干擾處理。利用Lyapunov理論證明了該控制器是一致漸進穩(wěn)定的。通過仿真和實驗證明了該控制器能有效的提高實驗樣機力矩加載性能。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP273;V448.1
【部分圖文】：

圖 1-1 板彈簧式加載系統(tǒng)Figure 1-1 Spring plate load system泛使用的電液式加載系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)式加載系統(tǒng)的力矩加載系統(tǒng)和被測舵在一起，連接軸中除扭矩傳感器軸被完全剛性軸。由于舵機與加載系統(tǒng)直被測舵機的運動使加載系統(tǒng)液壓馬達矩被稱為多余力矩。多余力矩的存在對于電液式加載系統(tǒng)來說，這種由于強其當舵機和加載系統(tǒng)運動頻率不同或種現(xiàn)象更加明顯，會大大降低系統(tǒng)的力伺服閥死區(qū)、壓力波動等因素，在小因此，電液式加載系統(tǒng)很難實現(xiàn)小型的準確加載。

圖 1-1 板彈簧式加載系統(tǒng)Figure 1-1 Spring plate load system目前廣泛使用的電液式加載系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)原理圖上電液式加載系統(tǒng)的力矩加載系統(tǒng)和被測舵機系統(tǒng)通的聯(lián)接在一起，連接軸中除扭矩傳感器軸被認為是假設(shè)是完全剛性軸。由于舵機與加載系統(tǒng)直接近似。但是被測舵機的運動使加載系統(tǒng)液壓馬達兩腔形成的力矩被稱為多余力矩。多余力矩的存在會對加載影響。對于電液式加載系統(tǒng)來說，這種由于強迫流量性。尤其當舵機和加載系統(tǒng)運動頻率不同或者當舵機刻，這種現(xiàn)象更加明顯，會大大降低系統(tǒng)的力矩加載統(tǒng)存在伺服閥死區(qū)、壓力波動等因素，在小力矩加保證。因此，電液式加載系統(tǒng)很難實現(xiàn)小型導彈，無軸力矩的準確加載。

第 1 章 緒論節(jié)，以實現(xiàn)近似補償。同時由于舵機加載系統(tǒng)往往具有非線性及時變性特構(gòu)較為復雜，單純的使用結(jié)構(gòu)不變性原理已經(jīng)不能滿足工程應(yīng)用的實際需年來專家學者們從結(jié)構(gòu)不變性原理出發(fā)提出了許多派生控制補償方法并了較好的控制效果。目前這些方法在低頻場合效果理想，但在頻率較高場制性能較差。
【參考文獻】

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本文編號：2843105