收藏本站
收藏 | 论文排版

舵机电动式加载测试系统多余力矩抑制及其控制策略研究

李成成  
【摘要】:舵机电动式加载测试系统主要用来在实验室条件下检测航天航空飞行器如飞机、火箭、无人机等舵机驱动系统的技术性能,将原本在真实环境中进行的实物实验转化为实验室里的仿真实验。随着高机动性和高精确性导弹、无人机等小型高精尖飞行器等核心武器控制性能要求的不断提高,对电动式加载测试系统的加载性能提出了更高的要求。由于电液式加载系统存在伺服阀死区、压力波动、多余力矩抑制效果差等问题,在小力矩加载场合下其加载性能很难保证。为了全面提高小力矩加载场合下舵机加载系统的力矩加载性能,本文以永磁同步伺服电机为执行机构搭建了一台电动式加载测试系统实验样机。在此基础上研究并解决了电动式加载测试系统多余力矩抑制及力矩高精度加载问题,从而提高了30 N?m以下小力矩加载场合中电动式加载测试系统的力矩加载性能,为高性能电动式加载测试系统的研制提供理论依据和实验基础,本文主要从以下几个方面展开研究工作:首先为了研究小力矩场合下舵机加载系统的加载性能,考虑了控制算法的适用性,基于所搭建的实验样机建立了该实验样机的数学模型。为获得数学模型的参数,提出了一个改进的递归最小二乘参数辨识方法。在所获得的数学模型的基础上研究了实验样机开环控制时的基本加载性能。在PID+前馈控制器控制下仿真研究了实验样机的加载性能,仿真结果验证了传统PID控制器及PID+前馈控制器不能满足电动式加载测试系统的力矩加载性能要求。为了获得更好的加载性能,考虑了实验样机的非线性及参数的不确定性等因素,设计了一个模糊自适应鲁棒控制器,并应用该控制器进行了力矩加载仿真研究。仿真结果表明该控制器性能比PID+前馈控制器好,同时说明探索更高性能的控制器能更进一步提高电动式加载测试系统的加载性能。为了设计更高性能的控制器,研究了电动式加载测试系统多余力矩的特点及其构成,通过实验证明了该实验样机的多余力矩不仅与舵机运动的速度、加速度有关,而且在小力矩加载场合下库伦摩擦力矩也是多余力矩的重要组成部分。为了提高控制器的稳定性,引入一种连续摩擦模型替代传统分段摩擦模型,并在此基础上提出一种基于改进Cuckoo Search algorithm(ICSA)算法的连续摩擦模型等效方法,获得了该连续模型的数学表达式。为了优化控制器的结构并提高稳定性,在不影响控制性能的前提下,对获得的摩擦模型的数学表达式进行了近似等效简化。根据所建立的实验样机的数学模型并考虑实验样机的不可测变量及强外部干扰等因素,设计了一个基于T-S模糊模型的包含系统非线性及舵机运动干扰的状态观测器。同时,在此状态观测器基础上结合获得的连续摩擦模型,提出了一个基于T-S模糊模型的鲁棒H_∞输出反馈控制方法来抑制实验样机的多余力矩。利用Lyapunov理论证明了该控制器是一致渐进稳定的。实验和仿真证明了该方法对多余力矩抑制的有效性。实际控制系统的模型参数往往随时间、温度、元器件老化磨损等外界因素发生变化。另外,输出反馈控制器存在的执行器输出信号饱和问题也会影响控制器的稳定性。针对这些因素严重影响实验样机力矩加载性能的问题,设计了一个基于神经网络和线性微分包含(LDI)结合的鲁棒H_∞输出反馈控制器。神经网络和LDI结合实现了库伦摩擦力矩的离线线性化,提高了控制器的稳定性并简化了控制器结构。通过H_∞原则保证了被控系统在有参数不确定性及执行器输出饱和存在情况下的稳定性。舵机运动引起的干扰被看成是鲁棒控制器的外部干扰处理。利用Lyapunov理论证明了该控制器是一致渐进稳定的。通过仿真和实验证明了该控制器能有效的提高实验样机力矩加载性能。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王经甫;王琨;王路阳;;直驱式船舶舵机系统的低速特性建模与仿真[J];机床与液压;2016年23期
2 邓攀;;高速高频船舶舵机系统动态特性分析与研究[J];船舶工程;2015年05期
3 刘棋煊;;浅析钢质船舶舵机系统的安全检测[J];机电技术;2008年03期
4 赵小龙;马铁华;刘艳莉;;一种数字化舵机系统设计与实现[J];核电子学与探测技术;2012年05期
5 马维华;赵怀林;祝波;朱纪洪;;一种高可靠多舵机控制系统设计[J];电力电子技术;2019年07期
6 杜永刚;付朝晖;谭立;刘轶鑫;杨震春;;一种扁薄副翼全电舵机动态响应的仿真计算[J];电子机械工程;2018年04期
7 王辉;肖京平;高大鹏;柳庆林;秦三春;王文慧;;风洞试验模型舵机系统研制[J];实验流体力学;2012年03期
8 祝中华;陈姚节;;基于液压舵机的船舶舵机系统的模型建立[J];现代计算机(专业版);2012年24期
9 朱沛洪;张昆峰;;旋转变压器在数字伺服舵机系统中的应用[J];微特电机;2011年12期
10 蒋冬梅,赵荣椿;考虑饱和的舵机自适应控制系统[J];西北工业大学学报;1999年04期
11 赵志俊;孟祥喆;郑浩;;舵机带宽测试系统设计与试验方法研究[J];电子测量技术;2019年01期
12 项文佐;;某船舵机故障及改装实例[J];航海技术;2018年06期
13 刘惠媛;梁利华;姚绪梁;;潜艇舵机系统故障智能诊断技术研究[J];计算机仿真;2014年11期
14 罗智敏;梁思渊;;大型船舶舵机系统的调试及故障分析[J];造船技术;2016年02期
15 胡洋;王鑫;程向丽;陆豪;;一种高灵敏度的电动舵机系统研究[J];航空精密制造技术;2016年04期
16 常军军;;转叶式舵机修理工艺研究[J];中国新技术新产品;2019年17期
17 杜荣耀;周亚旭;;船舶舵机跑舵PSC典型案例分析[J];世界海运;2018年10期
18 赵小龙;郑宾;刘雷强;;一种基于DSP的数字化舵机系统设计与实现[J];伺服控制;2011年04期
19 胡建文;马武举;;电机转速饱和对电动舵机性能影响[J];水雷战与舰船防护;2015年03期
20 侯虹;;采用模糊PID控制律的舵机系统设计[J];航空兵器;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 牛艳芳;刘忠诚;张琪;;一种变增益舵机控制算法研究[A];航天电子军民融合论坛暨第十四届学术交流会优秀论文集(2017年)[C];2017年
2 王跃轩;岑专专;郭爱民;聂振金;黄玉平;;电动舵机虚拟冲击试验[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
3 吴晓明;王俊娇;;液压舵机变转速泵源的研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
4 陆秋海;曹学奇;戴诗亮;;导弹舵机系统非线性参数识别[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 许建元;舵机性能测试系统中的加载控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
2 李成成;舵机电动式加载测试系统多余力矩抑制及其控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
3 荀盼盼;直驱式转叶舵机冲击干扰及控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
4 刘惠媛;潜艇舵机系统流固耦合与优化控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
5 倪志盛;被动式力矩伺服系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 熊雄;基于模糊PID的直线舵机力加载系统研究[D];湖北工业大学;2019年
2 夏朋程;制导火箭弹舵机智能控制技术研究[D];中北大学;2019年
3 王宏福;某制导火箭弹舵机系统自抗扰控制技术研究[D];中北大学;2019年
4 卜庆伟;基于FNN-PID的制导火箭弹燃气舵舵机控制系统研究[D];南京理工大学;2018年
5 吕红军;基于模糊控制算法电动模拟舵机的设计[D];吉林大学;2018年
6 刘士祥;新型预压紧式压电驱动器及其在舵机上的集成设计研究[D];南京航空航天大学;2018年
7 邓业锦;低成本高分辨率小型电动舵机系统研究[D];中国航天科技集团公司第一研究院;2018年
8 黄超群;船舶舵机负载模拟系统设计与试验研究[D];浙江大学;2019年
9 曹政;飞机舵机电液负载模拟器结构优化方法研究[D];中国民航大学;2018年
10 宋晗;组合式舵机控制器的研究与设计[D];江苏大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 吴丽萍;771所 舵机研制传喜讯[N];中国航天报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978