本文關(guān)鍵詞： 電液負(fù)載模擬器 無多余力矩 反步控制 平坦控制 測(cè)量噪聲抑制 多摩擦副加載機(jī)構(gòu)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：空氣動(dòng)力電液負(fù)載模擬器主要用來模擬導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)等飛行器舵機(jī)系統(tǒng)在實(shí)際飛行中所受的空氣動(dòng)力載荷譜,以期在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下再現(xiàn)舵機(jī)系統(tǒng)的真實(shí)工況。隨著對(duì)導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)等重要國(guó)防武器技術(shù)性能要求的不斷提高,空氣動(dòng)力電液負(fù)載模擬器的加載性能急需進(jìn)一步的提高。傳統(tǒng)負(fù)載模擬器由于直接與被測(cè)舵機(jī)系統(tǒng)剛性連接,被測(cè)舵機(jī)系統(tǒng)的主運(yùn)動(dòng)對(duì)負(fù)載模擬器將造成強(qiáng)烈的且無法被徹底消除的干擾作用,即所謂的多余力矩。多余力矩的存在嚴(yán)重制約著傳統(tǒng)負(fù)載模擬器加載性能的進(jìn)一步提高。為了徹底消除多余力矩,從而全面提高負(fù)載模擬器的加載性能,本文給出了一種基于摩擦的高頻高精度電液伺服力矩加載方法,同時(shí)提出一種用于提高該方法加載幅值的多摩擦副加載機(jī)構(gòu)�；谠摲椒ㄑ兄屏艘慌_(tái)摩擦加載式電液負(fù)載模擬器樣機(jī)。為了研究該加載方法的有效性,解決該方法的關(guān)鍵問題,從而為高性能摩擦加載式電液負(fù)載模擬器的研制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),本文主要做了如下研究。首先為了驗(yàn)證所提出的加載方法的可行性和有效性,建立了所研制的負(fù)載模擬器樣機(jī)的控制數(shù)學(xué)模型,研究了樣機(jī)的基本控制性能。在PID+前饋控制器控制下實(shí)驗(yàn)研究了樣機(jī)的加載性能,驗(yàn)證了該加載方法無多余力矩。同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究了摩擦盤摩擦系數(shù)對(duì)加載性能的影響,指出了摩擦系數(shù)不確定性對(duì)系統(tǒng)加載性能有較大影響,需要被補(bǔ)償。為了獲得更高的加載性能,考慮了樣機(jī)系統(tǒng)中存在的參數(shù)不確定性等因素,設(shè)計(jì)了線性魯棒H?控制器,在其控制下進(jìn)行了力矩加載仿真及實(shí)驗(yàn)研究,仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)的控制器的有效性,同時(shí)表明更高性能的控制器能夠提高該負(fù)載模擬器的控制性能。雖然所提出的加載方法無多余力矩,但是作為一種電液伺服系統(tǒng),所設(shè)計(jì)的樣機(jī)具有強(qiáng)烈的非線性。為了獲得高精度的高頻控制性能,需要考慮樣機(jī)系統(tǒng)的伺服閥動(dòng)態(tài),而閥芯位移及速度無法由傳感器直接測(cè)量,此外樣機(jī)系統(tǒng)具有不確定性參數(shù)。為了進(jìn)一步提高樣機(jī)的控制性能,考慮被控系統(tǒng)的非線性、伺服閥動(dòng)態(tài)即不可測(cè)狀態(tài)及不確定參數(shù)等因素,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測(cè)器的非線性自適應(yīng)反步-平坦控制器。所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)狀態(tài)觀測(cè)器用于在線實(shí)時(shí)觀測(cè)具有不確定參數(shù)的被控系統(tǒng)的不可測(cè)狀態(tài)變量,基于該觀測(cè)器設(shè)計(jì)了自適應(yīng)反步-平坦控制器。通過仿真及實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的非線性控制器的有效性。實(shí)際的控制系統(tǒng)尤其是非線性系統(tǒng),其反饋狀態(tài)變量都是由傳感器測(cè)量得到的,因此一般的反饋狀態(tài)變量都含有測(cè)量噪聲。而現(xiàn)有文獻(xiàn)所設(shè)計(jì)的非線性控制器往往含有大量的反饋狀態(tài)變量微分及高階微分,這在實(shí)際應(yīng)用時(shí)將會(huì)放大被控系統(tǒng)的測(cè)量噪聲。放大的測(cè)量噪聲將嚴(yán)重影響被控系統(tǒng)的控制性能。對(duì)于所研究的負(fù)載模擬器,尤其是低頻大幅值負(fù)載模擬器,為了抑制測(cè)量噪聲放大,補(bǔ)償參數(shù)不確定性,從而獲得高精度的加載性能,提出了一種非線性間接自適應(yīng)平坦控制器。其中具有低通濾波器的間接參數(shù)辨識(shí)律能最大限度地抑制測(cè)量噪聲對(duì)參數(shù)辨識(shí)的干擾,基于該辨識(shí)律,設(shè)計(jì)了不含反饋狀態(tài)變量微分的非線性平坦控制器,從而避免測(cè)量噪聲放大。仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的控制策略的有效性。為了在緊湊結(jié)構(gòu)下利用現(xiàn)有摩擦材料大幅度提高所研制的負(fù)載模擬器的加載幅值,基于所提出的多摩擦副加載機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)并研制了該機(jī)構(gòu)樣機(jī)。結(jié)合實(shí)際加載工況,利用有限元軟件ABAQUS,仿真驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)滿足動(dòng)態(tài)加載要求,同時(shí)仿真研究了該機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)熱-力耦合行為,分析了摩擦熱的產(chǎn)生特征及其對(duì)該機(jī)構(gòu)力-摩擦力矩轉(zhuǎn)換性能的影響,從而為實(shí)際加載提供理論依據(jù)。利用該機(jī)構(gòu),將原有的負(fù)載模擬器樣機(jī)改造成一個(gè)具有多摩擦副的負(fù)載模擬器�；谒脑斓呢�(fù)載模擬器,進(jìn)行了力矩加載實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了多摩擦副加載機(jī)構(gòu)的有效性,同時(shí)表明所改造的負(fù)載模擬器的力矩加載性能優(yōu)于傳統(tǒng)電液負(fù)載模擬器的性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V216.8;TJ760.6;TP273

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本文編號(hào)：1546880