某武器火箭爆破扫雷器自适应控制系统研究

发布时间：2020-10-15 22:07

　　 电液伺服系统因其响应速度快、控制精度高、输出功率大等优点,广泛应用于航空航天、机床、钢铁制造等众多领域。然而,电液伺服系统存在流量-压力特性、死区、饱和摩擦等非线性因素,传统的控制方法难以满足系统的控制性能。由于神经网络具有任意逼近非线性函数和并行计算等优势,而模糊逻辑控制是能够充分利用专家经验,通过模糊推理规则将输入量的模糊语言信息转化为控制输出的系统推理方法,广泛用于解决工业领域中复杂非线性系统的建模和控制问题。因此,本文以某武器火箭爆破扫雷器电液伺服系统为研究对象,采用遗传神经网络对系统模型进行辨识,并用模糊小波神经网络自适应控制策略对系统性能进行控制研究。论文首先介绍了火箭爆破扫雷器电液伺服系统结构组成和工作流程,并根据系统液压回路原理图,设计了基于AMESim和Simulink软件的系统联合仿真数据采集模型。通过联合仿真获取系统模型的输入输出数据,并构建了系统的传递函数模型。由于基于传递函数的数学模型无法准确描述火箭爆破扫雷器系统的非线性特性,本文通过引入系统辨识方法来建立能够描述接近于实际系统的模型,分别采用BP神经网络和遗传算法优化BP神经网络两种方法对系统进行建模。通过分析和对比两种辨识模型结果,得出了遗传算法优化的BP神经网络的辨识模型更接近实际系统,抗干扰能力强,泛化能力更好。在辨识模型的基础上,以自适应控制作为系统控制策略的设计基础,分别设计小波神经网络控制器和模糊小波神经网络控制器对系统进行控制。搭建系统仿真模型,通过MATLAB仿真分析,结果表明模糊小波神经网络自适应控制能够满足系统的性能指标要求。最后,将模糊小波神经网络自校正控制策略在液压实验平台上进行半实物仿真实验验证。实验结果表明,该控制策略所控制的系统具有响应速度快,控制精度高的优势,达到了期望的控制效果。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TJ517
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 电液伺服系统的发展与研究现状
    1.3 智能控制在电液伺服系统中的应用
    1.4 本文的主要研究内容
2 爆破扫雷器电液伺服系统介绍
    2.1 爆破扫雷器电液伺服系统的工作流程
    2.2 系统硬件组成简述
    2.3 系统工作原理介绍
    2.4 爆破扫雷器系统发射装置介绍
        2.4.1 火箭发射装置简介
        2.4.2 剪式高低升降机构简介
        2.4.3 射角与旋变值的关系
        2.4.4 倾斜传感器、旋变值的标定
    2.5 本章小结
3 基于AMESim和Simulink软件的系统仿真建模
    3.1 仿真软件介绍
        3.1.1 AMESim软件介绍
        3.1.2 Simulink软件介绍
        3.1.3 联合仿真需要注意的几点介绍
    3.2 爆破扫雷器系统模型的建立
    3.3 爆破扫雷器系统传递函数的推导
        3.3.1 伺服阀流量方程
        3.3.2 液压缸流量方程
        3.3.3 负载力与液压缸输出力平衡方程
        3.3.4 爆破扫雷器系统的传递函数
    3.4 本章小结
4 爆破扫雷器电液伺服系统的辨识研究
    4.1 系统辨识概述
        4.1.1 系统辨识定义
        4.1.2 系统辨识步骤
    4.2 系统辨识数据的获取
        4.2.1 激励信号的选取
        4.2.2 辨识数据的获取
    4.3 系统BP神经网络辨识
        4.3.1 神经网络介绍
        4.3.2 BP神经网络
        4.3.3 BP神经网络辨识研究
    4.4 系统GA-BP神经网络辨识
        4.4.1 遗传算法介绍
        4.4.2 GA-BP神经网络的算法实现
        4.4.3 GA-BP神经网络辨识研究
        4.4.4 辨识结果分析与对比
    4.5 本章小结
5 爆破扫雷器电液伺服系统控制策略研究
    5.1 模糊控制概述
        5.1.1 模糊集合
        5.1.2 模糊控制基础
        5.1.3 模糊控制系统
    5.2 神经网络自适应控制
        5.2.1 自适应控制
        5.2.2 神经网络自适应控制
        5.2.3 小波神经网络控制器设计
    5.3 模糊小波神经网络控制器设计
        5.3.1 模糊小波神经网络结构
        5.3.2 模糊小波神经网络控制器设计
    5.4 控制效果仿真实验及结果分析
        5.4.1 系统输入阶跃信号时的结果与分析
        5.4.2 系统输入正弦信号时的结果与分析
    5.5 本章小结
6 半实物仿真实验验证
    6.1 仿真平台介绍
        6.1.1 半实物仿真实验平台液压元件选型
        6.1.2 搭建半实物电液伺服系统
    6.2 实验结果分析与结论
        6.2.1 阶跃响应实验结果
        6.2.2 正弦响应实验结果
    6.3 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录

【参考文献】

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本文编号：2842318