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电动负载模拟器控制方法研究

朱伟  
【摘要】:论文的主要研究对象是以永磁直流力矩电机为作动单元的电动负载模拟 器,该系统用于在无人机地面仿真系统中模拟无人机伺服舵机在无人机飞行状 态下所受气动载荷。作为负载模拟器的全新实现形式,该系统与常用的电液负 载模拟器作用相同,但它更适合小载荷工作,且系统特性稳定、受环境因素影 响小,噪音小、无污染,适合在实验室环境下使用。 论文中首先建立了系统的数学模型,分析了系统动态特性,并通过实验方 法辨识了系统数学模型主要模块的频响特征,作为建模过程验证以及控制算法 设计依据。在系统数学模型基础上,通过仿真研究了多余力矩对系统性能的影 响,发现多余力矩严重影响系统性能。 论文中使用改进的前馈补偿方法解决多余力矩问题。仿真研究结果表明, 前馈方法能够有效抑制多余力矩。但是前馈方法的直接实现形式中包含高阶纯 微分环节,不能在实际条件下使用。文中通过设计前向通道校正器,使系统广 义前向通道在系统工作频段内的频响特性与常数1的近似,进而在算法中后移 前馈补偿量在前向通道上的输入点,使前馈补偿器摆脱高阶纯微分形式。这种 改进解决了前馈方法在实际条件下的实现问题,有效抑制了系统中的多余力矩。 此外,还设计了摩擦补偿环节,用于减小电机输出摩擦对系统性能的影响。在 以上工作基础上,设计了系统闭环控制器,它与前向通道校正器、前馈补偿器、 摩擦补偿环节构成系统控制器的完整形式。 论文最后给出了系统各项性能指标的测试方法、测试结果以及测试结论。 测试结果表明系统基本满足设计指标要求。


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