舵機(jī)電動(dòng)式加載測(cè)試系統(tǒng)主要用來在實(shí)驗(yàn)室條件下檢測(cè)航天航空飛行器如飛機(jī)、火箭、無人機(jī)等舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)性能,將原本在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行的實(shí)物實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室里的仿真實(shí)驗(yàn)。隨著高機(jī)動(dòng)性和高精確性導(dǎo)彈、無人機(jī)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(duì)電動(dòng)式加載測(cè)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(dòng)、多余力矩抑制效果差等問題,在小力矩加載場(chǎng)合下其加載性能很難保證。為了全面提高小力矩加載場(chǎng)合下舵機(jī)加載系統(tǒng)的力矩加載性能,本文以永磁同步伺服電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)搭建了一臺(tái)電動(dòng)式加載測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。在此基礎(chǔ)上研究并解決了電動(dòng)式加載測(cè)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(chǎng)合中電動(dòng)式加載測(cè)試系統(tǒng)的力矩加載性能,為高性能電動(dòng)式加載測(cè)試系統(tǒng)的研制提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),本文主要從以下幾個(gè)方面展開研究工作:首先為了研究小力矩場(chǎng)合下舵機(jī)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)建立了該實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的數(shù)學(xué)模型。為獲得數(shù)學(xué)模型的參數(shù),提出了一個(gè)改進(jìn)的遞歸最小二乘參數(shù)辨識(shí)方法。在所獲得的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上研究了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)開環(huán)控制時(shí)的基本加載性能。在PID+前饋控制器控制下仿真研究了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的加載性能,仿真結(jié)果驗(yàn)證了傳統(tǒng)PID控制器及PID+前饋控制器不能滿足電動(dòng)式加載測(cè)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)的非線性及參數(shù)的不確定性等因素,設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊自適應(yīng)魯棒控制器,并應(yīng)用該控制器進(jìn)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(shí)說明探索更高性能的控制器能更進(jìn)一步提高電動(dòng)式加載測(cè)試系統(tǒng)的加載性能。為了設(shè)計(jì)更高性能的控制器,研究了電動(dòng)式加載測(cè)試系統(tǒng)多余力矩的特點(diǎn)及其構(gòu)成,通過實(shí)驗(yàn)證明了該實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的多余力矩不僅與舵機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度、加速度有關(guān),而且在小力矩加載場(chǎng)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(jìn)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(xué)表達(dá)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(duì)獲得的摩擦模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了近似等效簡(jiǎn)化。根據(jù)所建立的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的數(shù)學(xué)模型并考慮實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的不可測(cè)變量及強(qiáng)外部干擾等因素,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于T-S模糊模型的包含系統(tǒng)非線性及舵機(jī)運(yùn)動(dòng)干擾的狀態(tài)觀測(cè)器。同時(shí),在此狀態(tài)觀測(cè)器基礎(chǔ)上結(jié)合獲得的連續(xù)摩擦模型,提出了一個(gè)基于T-S模糊模型的魯棒H_∞輸出反饋控制方法來抑制實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的多余力矩。利用Lyapunov理論證明了該控制器是一致漸進(jìn)穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)和仿真證明了該方法對(duì)多余力矩抑制的有效性。實(shí)際控制系統(tǒng)的模型參數(shù)往往隨時(shí)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(hào)飽和問題也會(huì)影響控制器的穩(wěn)定性。針對(duì)這些因素嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)樣機(jī)力矩加載性能的問題,設(shè)計(jì)了一個(gè)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(shí)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(jiǎn)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(jī)運(yùn)動(dòng)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(jìn)穩(wěn)定的。通過仿真和實(shí)驗(yàn)證明了該控制器能有效的提高實(shí)驗(yàn)樣機(jī)力矩加載性能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(cè)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(jī)與加載系統(tǒng)直被測(cè)舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)使加載系統(tǒng)液壓馬達(dá)矩被稱為多余力矩。多余力矩的存在對(duì)于電液式加載系統(tǒng)來說，這種由于強(qiáng)其當(dāng)舵機(jī)和加載系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)頻率不同或種現(xiàn)象更加明顯，會(huì)大大降低系統(tǒng)的力伺服閥死區(qū)、壓力波動(dòng)等因素，在小因此，電液式加載系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)小型的準(zhǔn)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(cè)舵機(jī)系統(tǒng)通的聯(lián)接在一起，連接軸中除扭矩傳感器軸被認(rèn)為是假設(shè)是完全剛性軸。由于舵機(jī)與加載系統(tǒng)直接近似。但是被測(cè)舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)使加載系統(tǒng)液壓馬達(dá)兩腔形成的力矩被稱為多余力矩。多余力矩的存在會(huì)對(duì)加載影響。對(duì)于電液式加載系統(tǒng)來說，這種由于強(qiáng)迫流量性。尤其當(dāng)舵機(jī)和加載系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)頻率不同或者當(dāng)舵機(jī)刻，這種現(xiàn)象更加明顯，會(huì)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(dòng)等因素，在小力矩加保證。因此，電液式加載系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)小型導(dǎo)彈，無軸力矩的準(zhǔn)確加載。

第 1 章 緒論節(jié)，以實(shí)現(xiàn)近似補(bǔ)償。同時(shí)由于舵機(jī)加載系統(tǒng)往往具有非線性及時(shí)變性特構(gòu)較為復(fù)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(shí)際需年來專家學(xué)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(bǔ)償方法并了較好的控制效果。目前這些方法在低頻場(chǎng)合效果理想，但在頻率較高場(chǎng)制性能較差。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2843105