电动负载模拟器控制仿真研究

论文摘要

电动负载模拟器是用于在实验室条件下模拟飞行器飞行过程中作用在舵系统上的铰链力矩的半实物仿真设备,用以考核舵机系统的实际工作性能。随着国防事业对飞行器的控制精度和机动性能大幅提高,对负载模拟器加载力矩的动态响应和精度等提出了更高的要求。本文主要对电动舵机负载模拟器的控制策略问题进行了理论分析与仿真研究。数学模型是控制算法的设计依据,本文以永磁同步电机驱动的负载模拟器为背景,采用机理建模方法,建立了电动负载模拟器的数学模型,并通过实验方法辨识了系统数学模型主要模块的频响特性作为建模过程的验证。在数学建模的基础上,分析了系统的性能。为了改善系统的稳定性,引入了转矩微分负反馈。分析仿真了多余力矩对系统性能的影响,发现多余力矩严重影响系统的性能。根据加载系统的特点,提出了经典的PID控制算法,使输出能很好的跟踪系统给定输入值。采用前馈补偿原理对系统进行了前馈补偿从根本上来减小多余力矩干扰的影响。针对传统控制方法的局限性,结合神经网络的特点,提出了基于RBF神经网络PID控制策略,仿真表明,此控制策略是有效的,控制系统的动态性能比经典控制有了明显的改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景意义
• 1.2 国内外电动加载技术控制方法的进展
• 1.2.1 传统控制方法
• 1.2.2 智能控制方法
• 1.3 本论文研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 电动加载系统模型的建立与辨识
• 2.1 引言
• 2.2 负载模拟器的系统构成
• 2.3 电动负载模拟器的数学模型
• 2.3.1 永磁同步电机工作原理
• 2.3.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.3.3 扭矩传感器的数学模型
• 2.3.4 系统的完整模型
• 2.3.5 系统的模型参数
• 2.4 负载模拟器的模型验证.
• 2.4.1 频率响应系统辨识的原理
• 2.4.2 频响辨识的实验方法
• 2.4.3 频响辨识的结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 电动负载模拟器系统特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型的特性
• 3.3 前向通道特性分析
• 3.3.1 未加补偿的系统稳定性分析
• 3.3.2 改善系统稳定性的措施
• 3.4 扰动通道特性分析
• 3.4.1 多余力矩的产生原因
• 3.4.2 机械连接环节对于多余力矩的影响
• 3.4.3 多余力矩的仿真分析
• 3.4.4 多余力矩的特点
• 3.5 本章小结
• 第四章 电动负载模拟器控制器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 加载控制器的设计
• 4.2.1 PID 控制器的设计原理
• 4.2.2 仿真分析
• 4.2.3 实验结果
• 4.3 多余力矩的抑制方法
• 4.3.1 前馈补偿的基本原理
• 4.3.2 前馈补偿的方法
• 4.3.3 前馈补偿后的多余力矩仿真
• 4.4 加载系统整体复合控制仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于 RBF神经网络电动负载模拟器控制
• 5.1 引言
• 5.2 神经网络在控制应用中的优势
• 5.3 RBF（径向基函数）神经网络
• 5.3.1 RBF 神经网络模型
• 5.3.2 RBF 神经网络的学习算法
• 5.4 基于RBF 神经网络模型整定的PID 控制
• 5.4.1 RBF 网络PID 整定原理
• 5.4.2 仿真结果
• 5.4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文及研究成果
• 致谢