本文關(guān)鍵詞：不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法研究

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【摘要】：舵機(jī)負(fù)載模擬器是在實(shí)驗(yàn)室條件下對飛行器舵機(jī)進(jìn)行模擬氣動載荷實(shí)驗(yàn)的半實(shí)物仿真設(shè)備。傳統(tǒng)的負(fù)載模擬器工作在加載時,舵機(jī)主動運(yùn)動會引起多余力矩,嚴(yán)重影響系統(tǒng)載荷譜跟蹤精度。如何補(bǔ)償和抑制多余力矩是負(fù)載模擬器需要解決的重要技術(shù)難題。本文提出了一種不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法,并對其進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究,所完成工作主要包括以下幾個方面:首先,對傳統(tǒng)舵機(jī)負(fù)載模擬器進(jìn)行研究,基于機(jī)理法建立了其數(shù)學(xué)模型,對多余力矩的產(chǎn)生及影響進(jìn)行了仿真研究,分析多余力矩的產(chǎn)生機(jī)理和對加載系統(tǒng)的影響。其次,提出不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法,分析其工作原理和可行性,建立其數(shù)學(xué)模型,并使用經(jīng)典PID控制方法對加載方法進(jìn)行靜態(tài)力矩指令和動態(tài)力矩指令下的仿真驗(yàn)證。然后,針對傳統(tǒng)PID控制方式在舵機(jī)負(fù)載模擬器存在數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確、參數(shù)時變及非線性等問題時存在的不足,分析并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)模糊PID控制器,結(jié)合系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真,并分析自適應(yīng)模糊PID控制器在本文研究的加載系統(tǒng)中的有效性。最后,對不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載方法進(jìn)行系統(tǒng)解決方案的設(shè)計(jì),包括上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)、下位機(jī)軟件流程設(shè)計(jì)及控制板硬件電路設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：負(fù)載模擬器 多余力矩 模糊PID控制器 扭轉(zhuǎn)剛度
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V216.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 課題研究的背景和意義14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)14-16
• 1.3 舵機(jī)負(fù)載模擬器的控制方法研究16-17
• 1.3.1 經(jīng)典PID控制方法16
• 1.3.2 自適應(yīng)模糊PID控制方法16-17
• 1.3.3 舵機(jī)負(fù)載模擬器的評價指標(biāo)17
• 1.4 論文研究內(nèi)容17-19
• 第二章 傳統(tǒng)負(fù)載模擬器建模及其控制分析19-24
• 2.1 傳統(tǒng)負(fù)載模擬器組成及工作原理19-20
• 2.2 傳統(tǒng)負(fù)載模擬器的數(shù)學(xué)模型20-23
• 2.2.1 加載電機(jī)數(shù)學(xué)模型20-21
• 2.2.2 扭矩傳感器的數(shù)學(xué)模型21
• 2.2.3 直流力矩電機(jī)驅(qū)動器的數(shù)學(xué)模型21
• 2.2.4 傳統(tǒng)電動負(fù)載模擬器的整體數(shù)學(xué)模型21-23
• 2.3 傳統(tǒng)負(fù)載模擬器的多余力矩產(chǎn)生機(jī)理23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第三章 不產(chǎn)生多余力矩的舵機(jī)負(fù)載模擬器的加載方法24-42
• 3.1 不產(chǎn)生多余力矩伺服加載方法提出24
• 3.2 加載系統(tǒng)可行性分析24-26
• 3.2.1 加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型24-25
• 3.2.2 加載系統(tǒng)工作原理25-26
• 3.3 加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型26-32
• 3.3.1 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型26-27
• 3.3.2 圓柱螺旋彈簧的變形分析27-31
• 3.3.4 加載系統(tǒng)整體數(shù)學(xué)模型31-32
• 3.4 加載系統(tǒng)PID仿真控制32-41
• 3.4.1 PID靜態(tài)加載特性32-37
• 3.4.1.1 常值力矩指令靜態(tài)加載特性33-35
• 3.4.1.2 正弦力矩指令靜態(tài)加載特性35-37
• 3.4.2 PID動態(tài)加載特性37-41
• 3.4.2.1 常值力矩指令動態(tài)加載特性37-39
• 3.4.2.2 正弦力矩指令動態(tài)加載特性39-41
• 3.5 本章總結(jié)41-42
• 第四章 自適應(yīng)模糊PID控制在伺服加載方法中的應(yīng)用42-59
• 4.1 PID控制方法的局限性42
• 4.2 模糊控制基本理論42-45
• 4.2.1 模糊系統(tǒng)的原理42-43
• 4.2.2 模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)43-45
• 4.2.3 模糊控制器的結(jié)構(gòu)45
• 4.3 模糊控制器的設(shè)計(jì)方法45-49
• 4.3.1 論域、量化因子和比例因子45-47
• 4.3.2 輸入輸出變量詞集47
• 4.3.3 隸屬函數(shù)47-48
• 4.3.4 模糊化方法48
• 4.3.5 模糊決策48-49
• 4.4 自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)49-58
• 4.4.1 自適應(yīng)模糊PID控制器原理49-50
• 4.4.2 自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)50-52
• 4.4.3 自適應(yīng)模糊PID控制仿真52-58
• 4.4.3.1 常值力矩靜態(tài)加載53-54
• 4.4.3.2 正弦力矩靜態(tài)加載54-55
• 4.4.3.3 常值力矩動態(tài)加載55-57
• 4.4.3.4 正弦力矩動態(tài)加載57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 不產(chǎn)生多余力矩的伺服加載系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)59-72
• 5.1 伺服加載系統(tǒng)關(guān)鍵部件選型59-64
• 5.1.1 圓柱螺旋彈簧的選型59-61
• 5.1.2 滑塊驅(qū)動電機(jī)的選型61-63
• 5.1.3 編碼器選型63-64
• 5.1.4 扭矩傳感器選型64
• 5.2 伺服加載系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)64-69
• 5.2.1 STM32最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)65-66
• 5.2.2 RS232通信電路設(shè)計(jì)66-67
• 5.2.3 信號采集電路設(shè)計(jì)67-68
• 5.2.4 信號輸出電路設(shè)計(jì)68-69
• 5.2.5 PWM輸出電路設(shè)計(jì)69
• 5.3 伺服加載系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 總結(jié)和展望72-73
• 6.1 工作總結(jié)72
• 6.2 工作展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 致謝76-77
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77

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本文編號：663436