新型电液负载模拟器摩擦及控制特性研究

发布时间：2017-09-10 22:34

  本文关键词：新型电液负载模拟器摩擦及控制特性研究

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【摘要】：负载模拟器是一种重要的半实物仿真设备,用于模拟飞行器或者导弹舵机在空气动力作用下产生的力矩载荷,其性能决定了复现舵机所受实际力矩的真实程度。因此研制高性能的负载模拟器对国防工业有着较为深远的意义。传统的电液负载模拟器存在无法消除的多余力矩,该力矩会严重影响负载模拟器加载性能。国内外的学者们在抑制多余力矩这一问题上进行了很多研究,但都无法彻底消除多余力矩。在查阅大量文献的基础上,就最大限度地减小或者消除多余力矩这一问题,本文提出了一种基于摩擦加载的电液负载模拟器,该结构采用摩擦力矩对舵机进行主动加载,理论上不会产生多余力矩。本文针对摩擦加载电液负载模拟器结构中存在的问题,提出了解决方案,并验证方案的可行性,主要进行了如下的研究工作:首先,研究了不同形式的摩擦副对产生摩擦力矩稳定性的影响,确定了摩擦副形式及参数。并针对加载样机中出现的摩擦生热导致摩擦表面温升,引起摩擦系数大幅度变化使产生的摩擦力矩不稳定这一问题,本文详细分析了影响摩擦盘温升的主要因素,并借助于热力学仿真软件对摩擦表面的最高温升进行了探讨,设计了理论性能较好的摩擦副。其次,对系统机械结构进行优化,并对系统中的硬件选型进行修改。对加载系统进行了线性化建模,并通过仿真分析系统中时变参数对系统的影响。以尽量减小滑模控制产生的“抖振”为原则,采用趋近律的方式设计了滑模控制器,得出了滑模控制下系统对不同加载信号的响应曲线,并通过与PID控制下的系统进行对比分析,验证了所设计控制器的优越性。然后,在常规滑模控制器的基础上设计了积分滑模控制器、积分滑模自适应控制器和微分加积分滑模自适应控制器等几种改进的控制器,并通过对加载信号跟踪性能的仿真验证了这几种控制器的性能。最后,在单向加载样机上进行了加载实验研究,测试了无加载状态下,由于系统中元器件作用造成的多余力矩及舵机变速运动带来的加载主轴惯性力矩,并与之前的测试结果进行对比分析,验证了结构改进的合理性。同时还将所设计的控制器用于加载系统中进行了加载信号跟踪能力的测试,验证了设计的控制器较PID控制器在提高系统加载性能上的优越性。
【关键词】：电液负载模拟器 摩擦加载 滑模控制 x PC实时快速原型仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V216.8;TJ760.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外电液负载模拟器产品的研究现状11-13
• 1.2.1 国外电液负载模拟器产品发展概况11-12
• 1.2.2 国内电液负载模拟器产品研究状况12-13
• 1.3 电液负载模拟器理论研究概述13-15
• 1.3.1 电液负载模拟器理论研究已取得的成果13-14
• 1.3.2 电液负载模拟器研究存在的不足之处14
• 1.3.3 电液负载模拟器多余力矩补偿的研究概述14-15
• 1.4 摩擦材料的研究15-16
• 1.5 摩擦盘温度场的研究16
• 1.6 滑模控制概述16-17
• 1.7 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 摩擦副基本参数分析18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 技术指标18-19
• 2.3 系统组成及工作原理19-20
• 2.3.1 系统组成19
• 2.3.2 加载原理19-20
• 2.4 摩擦力矩计算20-23
• 2.4.1 盘—盘摩擦副摩擦力矩的计算21
• 2.4.2 盘—片摩擦副摩擦力矩的计算21-23
• 2.5 摩擦副材料的选择及摩擦面内径的计算23-25
• 2.5.1 摩擦副材料23-24
• 2.5.2 摩擦接触面内径的计算24-25
• 2.6 摩擦盘的热力学仿真25-30
• 2.6.1 热仿真理论分析25-26
• 2.6.2 摩擦盘的热仿真分析26-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 加载系统建模与分析31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 原有单向加载样机中存在的问题及改进措施31-34
• 3.2.1 原有系统中存在的问题31
• 3.2.2 结构改进31-33
• 3.2.3 结构改进后加载主轴的动力学分析33-34
• 3.2.4 原有结构元器件的优化34
• 3.3 加载系统建模34-42
• 3.3.1 对称阀控制非对称液压缸动力学模型35-37
• 3.3.2 对称阀控非对称缸传递函数37-40
• 3.3.3 伺服阀的传递函数40-41
• 3.3.4 伺服阀放大器的传递函数41
• 3.3.5 扭矩传感器的传递函数41-42
• 3.3.6 摩擦盘所受压力与摩擦力矩转换系数42
• 3.4 加载系统主要参数对系统性能的影响42-45
• 3.4.1 负载弹簧刚度对系统的影响42-44
• 3.4.2 负载等效阻尼系数对系统的影响44
• 3.4.3 总泄漏系数对系统的影响44-45
• 3.4.4 液压油体积弹性模量对系统的影响45
• 3.5 加载系统开环传递函数及系统分析45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 加载系统滑模控制器设计47-74
• 4.1 引言47
• 4.2 滑模控制简介47-49
• 4.2.1 滑模控制的基本原理47-49
• 4.2.2 滑模控制器的设计过程49
• 4.2.3 滑模控制器的设计方法49
• 4.3 基于趋近律的滑模控制器设计及系统仿真49-62
• 4.3.1 控制器设计49-51
• 4.3.2 切换函数设计51-52
• 4.3.3 加载系统的仿真52-62
• 4.4 微分加积分滑模自适应控制器的设计及仿真62-73
• 4.4.1 微分加积分滑模自适应控制器的设计62-68
• 4.4.2 加载系统的仿真68-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第5章 加载系统实验研究74-86
• 5.1 引言74
• 5.2 实验台组成及实验原理74-76
• 5.2.1 实验台组成74-75
• 5.2.2 实验原理75-76
• 5.3 实验系统设计76-78
• 5.3.1 实验数据采集的实现方法76
• 5.3.2 Matlab/x PC Target工具箱简介76-78
• 5.4 加载系统实验研究78-85
• 5.4.1 多余力矩测试78-81
• 5.4.2 静态加载时信号跟踪能力测试81-84
• 5.4.3 动态加载时信号跟踪能力测试84-85
• 5.5 本章小结85-86
• 结论86-87
• 参考文献87-92
• 攻读学位期间发表的学术论文92-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：827063