飞机主动侧杆控制方案的研究与设计

发布时间：2020-05-28 11:53

【摘要】：飞机采用电传操纵系统后,飞行舵面上的气动力矩无法传递到操纵装置,导致飞机操纵品质不佳。主动侧杆的杆力可根据飞机的飞行状态实时调整,从而提高了飞机的操纵性能。本文针对主动侧杆的控制方案进行了深入研究。首先,论文分析了基于力矩电机的主动侧杆工作原理,建立了控制模型,设计了半闭环控制结构。针对主动侧杆系统存在的摩擦转矩,分析并建立了两种摩擦模型,并进行了特性分析。其次,通过对主动侧杆静态和动态杆力特性的分析,构建了主动侧杆的阻抗控制策略,提出了主动侧杆在动态和静态切换时的杆力反馈测量方法,并基于专家PID和前馈补偿技术设计了杆力控制算法;采用改进的变P控制方法设计了主动侧杆自动回中算法。然后,针对主动侧杆的位置高精度控制问题,提出了改进自抗扰控制方法。为了克服传统自抗扰控制器在过渡过程存在超调和在稳态易发生高频震颤等问题,提出了微分控制分离的方法。仿真结果表明,改进自抗扰控制算法可以快速跟随随动控制指令信号,并且可以抵抗较大的扰动力矩。最后,文中采用模块化设计思想,设计了主动侧杆的完整控制方案。设计了上位机监控软件,基于uC/OSII嵌入式实时操作系统设计了主动侧杆的主控制器软件,实现了主动侧杆的控制,并通过实验进行了性能测试分析。通过对工程样机的测试,验证了文中研究的控制方案的有效性;测试结果表明,本文研究的控制方案满足主动侧杆的功能需求和技术指标要求,具有较好的杆力特性和位置控制精度。
【图文】：

堵转转矩,测试平台,电机,转矩

图 2.8 电机堵转转矩测试平台电机转矩实验使用工装将左侧电机的转子堵转，给右侧电机施加电流信号，来测量电流-转矩如图 2.9 所示：电流/A-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5实验数据拟合曲线电流/A矩转N.m/-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6(a)主动侧杆电流-转矩拟合曲线图 (b)主动侧杆电流-转矩拟合误差图图 2.9 电机电枢电流-转矩拟合曲线及拟合误差图

主动侧,上位机监控,启动界面,软件

本文在第二章研究了主动侧杆的控制模型和特性，在第三、四章分别对主动侧杆的主法和位置控制算法进行了研究与分析，，保证了系统方案可行。本章将对主动侧杆的控制方案具体实现，针对主动侧杆系统控制方案的上位机监控软制器软件以及俯仰和滚转单元的软件进行设计并实现，并通过实验验证主动侧杆的主法和位置控制算法的实际性能。主动侧杆上位机监控软件设计主动侧杆装置要实时接收来在外部监控软件的控制指令，同时还要实时反馈其状态信部要处理监控软件的控制指令，协调其内部任务，以及控制俯仰轴和滚转轴的电机。上位机监控软件的作用有两个：实时向侧杆模块发送指令和实时监控侧杆的状态。本位机监控软件基于 VS2010 环境，利用 MFC 工具开发而成[64]，实现了上位机与侧杆模串口通信，以及对飞机主动侧杆状态的控制、显示和存储的功能。上位机的设计要点个：监控软件界面设计和监控软件的控制流程设计。(1) 监控软件界面设计Equation Chapter 5 Section 5
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V249.1

【参考文献】