不产生多余力矩的伺服加载方法研究

发布时间：2017-08-12 20:16

  本文关键词：不产生多余力矩的伺服加载方法研究

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【摘要】：舵机负载模拟器是在实验室条件下对飞行器舵机进行模拟气动载荷实验的半实物仿真设备。传统的负载模拟器工作在加载时,舵机主动运动会引起多余力矩,严重影响系统载荷谱跟踪精度。如何补偿和抑制多余力矩是负载模拟器需要解决的重要技术难题。本文提出了一种不产生多余力矩的伺服加载方法,并对其进行设计与研究,所完成工作主要包括以下几个方面:首先,对传统舵机负载模拟器进行研究,基于机理法建立了其数学模型,对多余力矩的产生及影响进行了仿真研究,分析多余力矩的产生机理和对加载系统的影响。其次,提出不产生多余力矩的伺服加载方法,分析其工作原理和可行性,建立其数学模型,并使用经典PID控制方法对加载方法进行静态力矩指令和动态力矩指令下的仿真验证。然后,针对传统PID控制方式在舵机负载模拟器存在数学模型不准确、参数时变及非线性等问题时存在的不足,分析并设计了自适应模糊PID控制器,结合系统数学模型进行仿真,并分析自适应模糊PID控制器在本文研究的加载系统中的有效性。最后,对不产生多余力矩的伺服加载方法进行系统解决方案的设计,包括上位机软件界面设计、下位机软件流程设计及控制板硬件电路设计。
【关键词】：负载模拟器 多余力矩 模糊PID控制器 扭转刚度
【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】：2016
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 课题研究的背景和意义14
• 1.2 国内外研究现状及关键技术14-16
• 1.3 舵机负载模拟器的控制方法研究16-17
• 1.3.1 经典PID控制方法16
• 1.3.2 自适应模糊PID控制方法16-17
• 1.3.3 舵机负载模拟器的评价指标17
• 1.4 论文研究内容17-19
• 第二章 传统负载模拟器建模及其控制分析19-24
• 2.1 传统负载模拟器组成及工作原理19-20
• 2.2 传统负载模拟器的数学模型20-23
• 2.2.1 加载电机数学模型20-21
• 2.2.2 扭矩传感器的数学模型21
• 2.2.3 直流力矩电机驱动器的数学模型21
• 2.2.4 传统电动负载模拟器的整体数学模型21-23
• 2.3 传统负载模拟器的多余力矩产生机理23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 不产生多余力矩的舵机负载模拟器的加载方法24-42
• 3.1 不产生多余力矩伺服加载方法提出24
• 3.2 加载系统可行性分析24-26
• 3.2.1 加载系统结构模型24-25
• 3.2.2 加载系统工作原理25-26
• 3.3 加载系统的数学模型26-32
• 3.3.1 直流电机的数学模型26-27
• 3.3.2 圆柱螺旋弹簧的变形分析27-31
• 3.3.4 加载系统整体数学模型31-32
• 3.4 加载系统PID仿真控制32-41
• 3.4.1 PID静态加载特性32-37
• 3.4.1.1 常值力矩指令静态加载特性33-35
• 3.4.1.2 正弦力矩指令静态加载特性35-37
• 3.4.2 PID动态加载特性37-41
• 3.4.2.1 常值力矩指令动态加载特性37-39
• 3.4.2.2 正弦力矩指令动态加载特性39-41
• 3.5 本章总结41-42
• 第四章 自适应模糊PID控制在伺服加载方法中的应用42-59
• 4.1 PID控制方法的局限性42
• 4.2 模糊控制基本理论42-45
• 4.2.1 模糊系统的原理42-43
• 4.2.2 模糊系统的结构43-45
• 4.2.3 模糊控制器的结构45
• 4.3 模糊控制器的设计方法45-49
• 4.3.1 论域、量化因子和比例因子45-47
• 4.3.2 输入输出变量词集47
• 4.3.3 隶属函数47-48
• 4.3.4 模糊化方法48
• 4.3.5 模糊决策48-49
• 4.4 自适应模糊PID控制器设计49-58
• 4.4.1 自适应模糊PID控制器原理49-50
• 4.4.2 自适应模糊PID控制器设计50-52
• 4.4.3 自适应模糊PID控制仿真52-58
• 4.4.3.1 常值力矩静态加载53-54
• 4.4.3.2 正弦力矩静态加载54-55
• 4.4.3.3 常值力矩动态加载55-57
• 4.4.3.4 正弦力矩动态加载57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 不产生多余力矩的伺服加载系统解决方案设计59-72
• 5.1 伺服加载系统关键部件选型59-64
• 5.1.1 圆柱螺旋弹簧的选型59-61
• 5.1.2 滑块驱动电机的选型61-63
• 5.1.3 编码器选型63-64
• 5.1.4 扭矩传感器选型64
• 5.2 伺服加载系统硬件设计64-69
• 5.2.1 STM32最小系统设计65-66
• 5.2.2 RS232通信电路设计66-67
• 5.2.3 信号采集电路设计67-68
• 5.2.4 信号输出电路设计68-69
• 5.2.5 PWM输出电路设计69
• 5.3 伺服加载系统软件设计69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 总结和展望72-73
• 6.1 工作总结72
• 6.2 工作展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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