基于飞机舵机加载测试平台的多余力抑制方法研究

发布时间：2017-08-29 08:05

  本文关键词：基于飞机舵机加载测试平台的多余力抑制方法研究

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【摘要】：飞机在空中按轨迹飞行是靠舵机带动舵面偏摆校正航向来实现的。舵机作为加载系统的执行结构,直接关系到系统的跟踪精度。目前对于电动加载系统研究仍处于起步阶段,特别是对于多余力矩的抑制或消除成为关键技术难点,仍然需要进行深入的研究攻坚。本文结合国内外学者对于多余力的研究方法,基于飞机舵机加载测试平台对电动加载系统(负载模拟系统)多余力的抑制或消除从硬件结构和控制策略上进行研究。根据加载控制系统的结构及运动特点,分析并提出了结合负载观测器的滑膜变结构控制方法。电动舵机伺服系统作为飞行控制系统的执行机构,是联系飞行控制指令和操纵元件的设备,由于环境条件的复杂性和模型特性参数的不确定性,很难得到被控对象的精确数学模型,对象不确定性给伺服系统的参数优化也带来许多困难。设计了一种基于MATLAB的电动舵机伺服系统参数辨识的方法,结合电动舵机伺服系统原理特性,在分析系统动力学模型的基础上,确定系统模型分析方案。针对辨识所得模型,进行基于负载观测器的控制器设计和参数的优化,利用MATLAB优化设计工具箱实现了控制律参数的自动调节,并结合滑膜变结构控制的特点从控制策略上对系统进行研究。实现以TMS320F2812 DSP作为控制器核心,利用LabWindows/CVI与MATLAB的混合编程设计了系统上位机。最后针对电动加载系统性能指标,对整个加载系统进行了实验验证。实验结果表明,文中设计的整套控制方案切实可行,实验波形比较理想,电机运行可靠,各项性能指标均能达到系统的设计要求。
【关键词】：电动加载 多余力 负载观测器 滑膜变结构控制 MATLAB工具箱
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 多余力抑制及永磁同步电机控制技术发展现状10-12
• 1.2.1 多余力抑制方法10-11
• 1.2.2 永磁同步电动机控制技术发展11-12
• 1.3 论文结构安排及主要研究内容概述12-14
• 第二章 舵机加载测试平台方案设计与建模14-28
• 2.1 电动加载系统介绍14-16
• 2.1.1 电动加载系统的基本原理及组成14-15
• 2.1.2 基于MATLAB的电动加载系统15
• 2.1.3 系统部分技术指标及功能要求15-16
• 2.2 电动加载系统数学模型的建立16-21
• 2.2.1 永磁同步电机的结构及类型16
• 2.2.2 永磁同步电机的数学模型16-18
• 2.2.3 永磁同步电机直接转矩控制模型18-21
• 2.3 系统辨识模型建立研究21-27
• 2.3.1 系统辨识概述21
• 2.3.2 系统辨识的方法及步骤21-23
• 2.3.3 电动加载系统模型分析23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 多余力的分析及抑制控制策略研究28-38
• 3.1 多余力问题及消除方案28-29
• 3.1.1 加载系统多余力的定义28
• 3.1.2 加载系统多余力的产生28-29
• 3.1.3 加载系统多余力的抑制消除方案29
• 3.2 滑膜变结构控制基本原理29-32
• 3.2.1 滑膜变结构的定义29-31
• 3.2.2 滑膜控制器设计基本方法31
• 3.2.3 滑膜控制系统稳定性分析31-32
• 3.3 滑膜控制系统设计的关键问题分析32-34
• 3.3.1 最佳趋近律的选择32-33
• 3.3.2 系统抖振问题的产生及分析33-34
• 3.4 基于负载观测器的控制器设计34-36
• 3.4.1 负载观测器的设计34-35
• 3.4.2 负载观测器的实现35-36
• 3.4.3 系统速度环控制器的设计36
• 3.5 基于滑膜趋近律的负载跟踪控制器的设计36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 系统硬件方案设计38-48
• 4.1 系统的总体硬件构成38
• 4.2 控制器硬件电路设计38-47
• 4.2.1 DSP最小系统及其外围电路39-40
• 4.2.2 控制电源电路40-41
• 4.2.3 AD校准及采样调理电路41-42
• 4.2.4 模拟给定电路42-43
• 4.2.5 光编信号采集电路43-44
• 4.2.6 通信电路44-45
• 4.2.7 隔离电路45
• 4.2.8 保护电路45-47
• 4.2.9 指示灯电路47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 系统软件方案设计48-54
• 5.1 系统软件总体结构48
• 5.2 DSP控制程序48-50
• 5.2.1 DSP主循环程序模块49
• 5.2.2 初始化子程序模块49-50
• 5.3 基于MATLAB的DSP程序代码自动生成50-52
• 5.4 上位机软件设计52-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第六章 实验结果与分析54-64
• 6.1 调试步骤54-55
• 6.2 实验结果55-63
• 6.3 结论63
• 6.4 本章小结63-64
• 第七章 总结与展望64-67
• 7.1 课题工作总结64
• 7.2 研究过程中遇到的问题64-65
• 7.3 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73

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本文编号：752190