位置扰动型电液伺服力加载控制系统的研究

论文摘要

飞行模拟器中的操纵负荷力加载伺服系统是一典型的位置扰动型施力系统,它要求施力系统根据被加载对象(驾驶杆)位移的大小给驾驶杆施加相应的力。由于位置扰动,施力系统会产生一个很大的力干扰,即多余力,如果处理不当,这种多余力会比系统所要施加的力还要大。多余力的存在,将影响力伺服系统的跟踪精度,进而影响加载系统的品质。操纵负荷力加载系统的品质会极大地影响到操纵负荷系统对驾驶杆力的仿真效果,从而影响整个飞行模拟器的品质。本文以飞行模拟器中的操纵负荷系统为研究背景,对位置扰动型电液伺服力加载系统进行了深入的研究。建立了操纵负荷力加载系统的数学模型,重点分析系统中由于位置扰动而产生的多余力问题、电液伺服阀非线性问题、以及液压缸摩擦力对系统性能的影响,并针对这些问题提出相应控制策略,进行误差补偿。针对系统的多余力问题,本文采用结构不变性原理进行补偿;针对电液伺服阀的非线性因素及负载流量的时变性,采用改进型结构不变性原理与PID结合的复合控制策略进行误差补偿;针对液压缸摩擦力问题,则基于LuGre模型和状态观测理论设计了摩擦力状态观测器。仿真结果表明,结构不变性原理能够有效的抑制多余力;电液伺服阀的非线性因素对系统产生了显著的影响;将结构不变性原理进行改进后与PID结合,可以较好抑制多余力的产生,但对非线性因素引起的实际输出力曲线振荡现象无法完全消除;对系统进行摩擦补偿,可以进一步降低系统输出误差,提高系统的跟踪精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 操纵负荷加载系统
• 1.3 国内外的发展状况
• 1.3.1 力感跟踪控制技术
• 1.3.2 多余力抑制技术
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 位置扰动型电液力伺服系统数学模型的构建及多余力的抑制研究
• 2.1 引言
• 2.2 位置扰动型电液力伺服控制系统分析
• 2.2.1 操纵负荷力加载系统的组成
• 2.2.2 系统的工作原理
• 2.2.3 系统基本特征
• 2.3 系统的数学模型
• 2.3.1 加载系统的数学模型
• 2.3.2 校正环节
• 2.3.3 杆力（模型力）数学模型
• 2.4 多余力产生及抑制
• 2.4.1 多余力的定义
• 2.4.2 多余力产生机理
• 2.4.3 多余力的数学模型
• 2.4.4 系统中不同环节对多余力的影响
• 2.5 采用结构不变性原理消除多余力
• 2.6 系统仿真
• 2.6.1 动态仿真框图
• 2.6.2 仿真结果
• 2.7 小结
• 第三章 电液伺服阀非线性因素对系统的影响及补偿方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 电液伺服阀特性分析
• 3.2.1 电液伺服阀组成与分类
• 3.2.2 力反馈两级电液伺服阀
• 3.3 电液伺服阀的数学模型
• 3.3.1 力反馈伺服阀的传递函数
• 3.3.2 伺服阀传递函数的简化
• 3.3.3 伺服阀的流量方程
• 3.4 电液伺服阀在系统仿真中的影响
• 3.4.1 考虑伺服阀非线性因素的系统方框图
• 3.4.2 改进结构不变性原理
• 3.5 仿真结果分析
• 3.5.1 系统动态仿真框图
• 3.5.2 系统仿真结果
• 3.6 小结
• 第四章 液压缸摩擦力对系统仿真产生的影响及其补偿方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 摩擦现象
• 4.2.1 摩擦力对系统的影响
• 4.2.2 摩擦力补偿方法
• 4.3 摩擦模型研究综述
• 4.3.1 经典的摩擦模型
• 4.3.2 带有Stribeck 曲线的摩擦模型
• 4.3.3 摩擦力的时间依赖性和LuGre 模型
• 4.4 摩擦补偿
• 4.4.1 改善机械结构
• 4.4.2 改善润滑
• 4.4.3 采用控制方法进行补偿
• 4.5 基于 LuGre 模型和状态观测理论的摩擦补偿
• 4.5.1 摩擦观测器的设计
• 4.5.2 仿真分析
• 4.6 小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介