双通道电动负载模拟器的研究与实现

发布时间：2020-09-28 18:52

　　电动负载模拟器是在实验室条件下模拟飞行器在飞行中其舵面所受到的气动载荷的半实物仿真设备。被动加载模式下,舵机的主动运动会引起多余力矩,严重影响负载模拟器系统的精度。如何抑制甚至消除多余力矩是电动负载模拟器设计中首要解决的技术难题。针对如何消除多余力矩,本文提出了一种双通道电动负载模拟器的加载方案。首先,在分析双通道电动负载模拟器的结构和工作原理的基础上建立系统的整体模型,并分析了影响系统性能的主要因素,包括多余力矩的产生机理,加载系统中的非线性因素和不确定因素。其次,设计基于传统控制算法的双通道电动加载控制方案。为跟踪通道设计基于增量式PID算法的速度控制器,为加载通道设计基于前馈反馈复合控制算法的力矩控制器,仿真分析传统控制算法存在的不足之处。然后,为了解决传统控制算法的局限性,利用CMAC网络和PID结合的控制算法来设计加载通道控制器,然而常规CMAC网络具有过学习和学习速度过慢等限制,这些降低了加载系统的精度。基于这种情况,我们提出利用置信度的权值更新算法和学习率自适应算法来提升常规CMAC学习算法的性能,分析两种算法的仿真结果表明改进的CMAC网络学习算法有效地提升了加载系统的静态性能和动态性能。最后,搭建双通道电动负载模拟器试验平台并进行加载试验。首先进行加载系统的关键部件选型,然后设计了加载系统的硬件系统和软件系统,最后在此基础上进行加载测试试验。试验结果表明所设计的双通道电动负载模拟器的性能符合设计指标要求。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V216.8
【部分图文】：

多余力矩,前馈控制

图 3.3 前馈控制对系统多余力矩的影响ID 控制方法统 PID 控制理论作为经典的闭环控制理论，其发展较早，比较成熟，目前已是工业领域的控制策略，其具有结构简单、易于实现、控制效果明显等众多特点，因此在机械、电车、能源等领域具有广泛的应用市场，双通道电动负载模拟器系统中以力矩闭环控制器为主，因此有必要研究基于传统 PID 的控制方法来设计加载控制器。PID 控制器原理图 3.4 所示为传统 PID 控制方法的原理框图，它是由比例环节、积分环节和微分环节组的一种线性控制器，通过对这三个单元的参数调节来实现系统的输出与给定值一致。比例环节积分环节微分环节控制对象r ( t)y (t )e (t )

效果图,无扰,速度跟踪,效果

图 3.7 无扰速度跟踪效果际加载过程中，加载电机会对跟踪电机施加力矩扰动，因此测试跟踪系统在正弦波形扰下的速度跟踪性能，力矩干扰指令为幅值 10Nm，频率为 10HZ 的正弦信号，速度跟为幅值 10Nm，频率为 10HZ 的正弦信号，此时的控制效果为有扰跟踪性能，跟踪效果所示，从图中得知速度跟踪系统的幅值误差在 0.3N m左右，相位差为 0.329 ，总体性符合要求。因此在加载过程中，跟踪通道能够在克服加载电机的力矩扰动情况下实现速度同步跟踪。图 3.8 有扰运动跟踪效果

效果图,运动跟踪,效果,速度跟踪

南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文图 3.7 无扰速度跟踪效果实际加载过程中，加载电机会对跟踪电机施加力矩扰动，因此测试跟踪系统在正弦波形的矩干扰下的速度跟踪性能，力矩干扰指令为幅值 10Nm，频率为 10HZ 的正弦信号，速度跟踪令为为幅值 10Nm，频率为 10HZ 的正弦信号，此时的控制效果为有扰跟踪性能，跟踪效果如 3.8 所示，从图中得知速度跟踪系统的幅值误差在 0.3N m左右，相位差为 0.329 ，总体性能标均符合要求。因此在加载过程中，跟踪通道能够在克服加载电机的力矩扰动情况下实现对机的速度同步跟踪。

【参考文献】