飞船返回舱再入过程环境压力模拟器设计与仿真研究

论文摘要

载人飞船回收着陆半实物仿真系统要求产生高精度、快速响应气体压力信号。本文针对气动压力伺服控制系统的特点,引用封闭容腔压力控制系统的数学模型,研究了系统各参数对系统性能的影响,分析不同控制策略对系统的控制效果,最后使用硬件建立压力模拟系统,实现了封闭容腔内大范围负压的高精度、快速响应。首先,根据系统的研究背景,分析系统需要满足的性能要求,介绍压力模拟系统国内外研究进展、压力伺服控制相关技术的发展状况。然后,提出了系统的设计思想,分析了系统的工作原理。通过仿真分析了封闭容腔容积、真空气室容积大小以及真空泵性能等系统参数对系统性能的影响。接着,研究了气体压力的控制方式。简单介绍了PID控制原理、模糊控制原理和模糊推理系统的建立过程,根据两种控制方式的优缺点引入模糊PID混合控制方式;建立了压力控制系统的仿真模型,分别采用三种控制方式对气压控制系统进行仿真,并对系统在各个控制器下的性能进行了比较。最后,使用硬件建立了压力伺服控制试验系统。选取模糊PID混合控制方式作为系统的控制方式,采用电-气比例阀作为试验设备的电-气转换元件,并对压力闭环控制系统进行了半实物仿真试验,试验结果验证了模糊PID混合控制方式的可行性和有效性。试验系统能够产生高精度、快速响应的气体压力信号,满足了飞船回收着陆半实物仿真需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研制背景
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 压力模拟系统国内外研究进展
• 1.2.1 国内压力模拟系统研究进展
• 1.2.2 国外压力模拟系统研究进展
• 1.3 相关技术的国内外发展状况
• 1.3.1 气动技术
• 1.3.2 气动伺服技术
• 1.3.3 控制技术
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 环境压力模拟器工作原理及数学模型
• 2.1 环境压力模拟器工作原理
• 2.2 压力模拟系统的数学模型
• 2.3 基于数学模型的仿真分析
• 2.3.1 阶跃信号仿真结果
• 2.3.2 正弦信号仿真结果
• 2.4 小结
• 第三章 快速响应压力控制策略及仿真
• 3.1 控制策略
• 3.2 PID 控制简介
• 3.3 模糊控制简介
• 3.3.1 模糊控制理论简介
• 3.3.2 解模糊
• 3.4 Simulink 中气压模糊控制系统的设计
• 3.4.1 气压模糊控制
• 3.4.2 气压控制模型
• 3.4.3 模糊推理系统的设计
• 3.4.4 模糊控制系统设计
• 3.5 不同控制方式的仿真研究
• 3.5.1 PID 控制仿真
• 3.5.2 模糊控制仿真
• 3.5.3 模糊PID 混合控制仿真
• 3.6 小结
• 第四章 环境压力控制的试验研究
• 4.1 环境压力模拟器硬件实现
• 4.2 试验研究
• 4.2.1 阶跃信号试验结果
• 4.2.2 正弦信号试验结果
• 4.2.3 方波信号试验结果
• 4.2.4 三角波信号试验结果
• 4.2.5 正常返回模式半实物仿真试验结果
• 4.3 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果