本文關(guān)鍵詞：空氣舵負(fù)載模擬器加載系統(tǒng)的控制策略研究　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：空氣舵作為飛行器的核心部件之一,用于控制飛行器的飛行姿態(tài)和調(diào)整及改變飛行軌跡,其性能好壞直接影響飛行器的控制精度和穩(wěn)定性。空氣舵負(fù)載模擬器是空氣舵的重要地面試驗(yàn)設(shè)備,用于模擬飛行過程中的載荷,為空氣舵地面實(shí)驗(yàn)提供可靠的實(shí)驗(yàn)保障和技術(shù)支持。隨著我國航天和國防事業(yè)的大力發(fā)展,對(duì)飛行器提出了更高的要求,研究能夠精確復(fù)現(xiàn)飛行過程中力學(xué)條件的空氣舵負(fù)載模擬器勢(shì)在必行。為了精確模擬真實(shí)飛行過程中的空氣載荷,負(fù)載模擬器不僅要求加載常規(guī)的正弦信號(hào),還要求加載三角信號(hào),甚至更為復(fù)雜的多頻復(fù)合信號(hào),并要求加載過程中的多余力消除達(dá)到95%及以上。為此,論文首先對(duì)國內(nèi)外負(fù)載模擬器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及以迭代學(xué)習(xí)控制為代表的智能控制研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,確立了論文的研究方向以及研究目標(biāo)。隨后為了實(shí)現(xiàn)空氣舵負(fù)載模擬器的加載要求,設(shè)計(jì)了負(fù)載模擬器的測(cè)控系統(tǒng)。建立了動(dòng)力機(jī)構(gòu)、加載系統(tǒng)、伺服閥的數(shù)學(xué)模型和多余力干擾下的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究,分析了多余力產(chǎn)生的機(jī)理。利用地面試驗(yàn)的加載載荷具有連續(xù)和重復(fù)的特點(diǎn),針對(duì)被控電液伺服系統(tǒng)和加載過程所具有的非線性,在迭代學(xué)習(xí)控制理論的基礎(chǔ)上提出了一種基于時(shí)變引導(dǎo)因子的迭代學(xué)習(xí)控制策略(Time varying pilot factor-iterative learning control,簡(jiǎn)稱TPF-ILC)。證明了 TPF-ILC控制策略分別在無多余力干擾和有多余力干擾情況下的系統(tǒng)收斂性,提出了這兩種情況下系統(tǒng)收斂的充分條件。隨后就迭代學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵問題——初態(tài)問題進(jìn)行了理論分析,利用系統(tǒng)的連續(xù)和重復(fù)的特性,證明了在TPF-ILC控制策略作用下,即使系統(tǒng)每個(gè)迭代周期的初始狀態(tài)不嚴(yán)格一致,系統(tǒng)的誤差和初始狀態(tài)依然收斂,突破了迭代學(xué)習(xí)理論中對(duì)初始狀態(tài)要求嚴(yán)格一致的理論限制,使得TPF-ILC控制策略具備更好的實(shí)用性和更廣的應(yīng)用范圍。論文研究了 TPF-ILC控制策略的魯棒性,明確了系統(tǒng)誤差與干擾之間的關(guān)系,為后續(xù)的多余力抑制和消除問題提供了理論依據(jù)。在TPF-ILC控制策略的實(shí)際應(yīng)用中,針對(duì)系統(tǒng)相位延遲導(dǎo)致誤差不收斂和學(xué)習(xí)方法失效的問題,將相位延遲因子引入TPF-ILC算法中,利用新提出的多尺度直線擬合方法實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的相位延遲,并用該延遲信號(hào)對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行相位校正,從而提出了對(duì)TPF-ILC控制策略的改進(jìn)。針對(duì)改進(jìn)的TPF-ILC控制策略同樣在理論上進(jìn)行了收斂性證明,并給出系統(tǒng)收斂的充分條件。實(shí)踐中,考慮到加載信號(hào)有較為復(fù)雜的三角信號(hào)和多頻復(fù)合信號(hào),以及TPF-ILC控制策略對(duì)系統(tǒng)相位的敏感性,傳統(tǒng)數(shù)字濾波器由于相頻特性的非線性,其相位延遲會(huì)隨外部信號(hào)頻率的變化而變化,會(huì)導(dǎo)致TPF-ILC控制失效。為此,論文提出了 OL-EMD(On line EMD,簡(jiǎn)稱OL-EMD)數(shù)字濾波算法,能同時(shí)兼顧相頻特性和濾波效果。將該濾波算法分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果說明了該濾波方法的有效性。最后,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過6組實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)TPF-ILC控制策略和多余力消除效果進(jìn)行充分驗(yàn)證:無多余力干擾和有多余力情況下的正弦波信號(hào)加載實(shí)驗(yàn)、三角波信號(hào)加載實(shí)驗(yàn)、多頻率復(fù)合信號(hào)加載實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)TPF-ILC控制策略使加載系統(tǒng)的多余力消除水平優(yōu)于95%,證明了改進(jìn)TPF-ILC控制策略的有效性和實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V216.8

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本文編號(hào)：1318970