基于混合灵敏度方法的减摇鳍加载系统的控制研究

论文摘要

减摇鳍电液负载仿真台是一种在实验室条件下模拟减摇鳍运动时所受海浪载荷影响的装置。它是一个典型的被动式电液力控制系统,主要由加载系统和驱动系统两部分组成。在工作过程中,加载系统在加载的同时必须跟随减摇鳍一起运动,因此当减摇鳍主动运动时就会在加载缸两腔产生强迫流量,流量的变化引起负载压力的变化,这样就产生了多余力。多余力是影响加载系统控制性能和控制精度的主要因素,必须加以消除。本文在查阅大量国内外资料的基础上,综述了国内外电液负载仿真台的发展现状,通过对国内外负载仿真台产品的对比,确定了研究方向。本文建立了减摇鳍电液负载仿真台的数学模型并进行了简化处理,对其控制性能进行深入的理论分析,研究结构参数与控制性能的关系,为提高减摇鳍电液负载仿真台的控制性能提供理论基础。从动力元件的动静态特性出发,揭示多余力产生的机理和本质特征,分析多余力的影响因素及多余力对加载系统控制性能的影响作用,寻找最有效的克服多余力、提高系统控制性能的途径。本文设计了减摇鳍电液负载仿真台动力元件,利用相关软件对加载系统多余力特性、有扰及无扰特性、动态及静态特性等控制性能进行了仿真分析,并分析了加载梯度、伺服阀动态特性与加载系统控制性能之间的关系。采用混合灵敏度方法设计控制补偿环节克服多余力干扰,改善电液负载仿真台的控制性能。采用混合H2/H∞控制方案以消除多余力,通过仿真分析可以看出,此方法对消除多余力对加载性能的影响,提高系统的稳定性有显著的效果。根据前面对系统的建模和分析的基础上,主要对负载仿真台测试控制机箱的硬件系统进行了设计和分析。对控制箱内的信号调理板与功率放大板进行了分析设计并对设计过程中容易出现的问题进行了分析,并把结果应用到实际系统中,为后续实验打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的及意义
• 1.2 电液负载仿真台的基本原理
• 1.3 国内外电液负载仿真台发展概况
• 1.3.1 国内发展概况
• 1.3.2 国外发展概况
• 1.4 克服电液负载仿真台多余力方法综述
• 1.4.1 结构补偿方法概况
• 1.4.2 控制补偿方法概况
• 1.5 混合灵敏度控制理论
• 1.6 论文的主要研究内容
• 第2章 负载仿真台加载系统建模和理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 负载仿真台加载系统的建模
• 2.2.1 电液负载仿真台的数学模型
• 2.2.2 电液负载仿真台的主要技术指标
• 2.2.3 电液负载仿真台的特点
• 2.2.4 动力元件的基本函数方程
• 2.2.5 数学模型的简化
• 2.3 加载台动态特性理论分析
• 2.3.1 加载台的无扰加载特性
• 2.3.2 加载台的有扰加载特性
• 2.3.3 加载梯度和动态特性的关系
• 2.4 加载台加载精度的分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 负载仿真台多余力的特性分析和消除研究
• 3.1 引言
• 3.2 负载仿真台多余力的定义及产生机理
• 3.2.1 电液负载仿真台多余力的定义
• 3.2.2 电液负载仿真台多余力的产生机理
• 3.3 负载仿真台多余力的频率特性研究
• 3.4 负载仿真台多余力对系统控制性能的影响
• 3.4.1 多余力对加载系统频宽的影响
• 3.4.2 多余力对跟踪精度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 电液负载仿真台补偿性能的分析研究
• 4.1 引言
• 4.2 混合灵敏度发展概述
• 4.2.1 H2/H∞混合优化问题的提出
• 4.2.2 各种算法在H2/H∞混合优化问题中的应用
• 4.3 混合H2/H∞理论分析
• 4.3.1 H∞控制理论
• 4.3.2 H2控制理论
• 4.3.3 H2/H∞控制理论
• 4.4 线性矩阵不等式
• 4.4.1 线性矩阵不等式的发展进程
• 4.4.2 线性矩阵不等式的一般表示
• 4.4.3 LMI工具箱的应用
• 4.5 驱动系统数学模型的建立
• 4.5.1 数学模型
• 4.5.2 H2/H∞控制器的设计
• 4.5.3 加载梯度不同时消除多余力的情况
• 4.5.4 加载频率不同时消除多余力的情况
• 4.6 本章小结
• 第5章 负载仿真台硬件电路的设计和实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 负载仿真台的结构组成
• 5.2.1 硬件电路的设计
• 5.2.2 加载系统各控制元件的选用和标定
• 5.2.3 系统芯片性能概述
• 5.3 负载仿真台仿真系统的控制界面
• 5.3.1 系统的控制软件
• 5.3.2 系统的控制界面
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢