电动负载模拟器的控制仿真研究
发布时间：2021-02-14 23:31
电动负载模拟器使得舵机测试实验从全实物实验变成半实物仿真实验,它的出现在一定程度上降低了测试成本。它的优点在于可控性比较好,重复性和操作性也比较强,测试数据比较全面而且试验周期短。但是它的缺点也比较显著,电动负载模拟器的加载精度受到刚度、惯量、摩擦以及间隙等因素的影响,加之舵机与负载模拟器之间的相互耦合作用,导致多余力矩无法消除,从而造成跟踪误差的产生,降低加载精度,达不到测试要求。因而,对于电动负载模拟器来说,如何选用合适的方法优化加载系统是非常重要的。首先,本文根据电动负载模拟器的构型,对其中的各个元件进行了选型,构建了电动负载模拟器。然后经过分析计算构建了电动负载模拟器的模型,同时构建了舵机的数学模型,从而建立了整个加载系统模型。然后,对多余力矩的产生机理进行了分析,并仿真分析了多余力矩对于系统的影响,同时深入研究了刚度、惯量、摩擦以及间隙等非线性因素对系统的影响。之后,对电动负载模拟器系统进行了优化设计,针对前向通道设计了微分先行PID控制器进行了优化并得到了理想的加载效果;针对多余力矩问题提出了直接前馈补偿法以及基于广义前向通道的前馈补偿法对多余力矩进行了补偿;最后,针对系统...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气动负载模拟器结构简图
中北大学学位论文10图2-2电动负载模拟器机械结构图Figure2-2Mechanicalstructureofelectricloadsimulator2.2元器件选型2.2.1电机选型电动负载模拟器的动力来源为电动机，因此电动机的最大输出转矩、功率、加载精度等参数制约了系统的性能。电动机提供所需力矩的主要方式有两种，一是采用直驱式的力矩电机，二是采用带有减速器的伺服电机[9]。对于采用带有减速器的伺服电机，由于减速机构不可避免的存在机械间隙，因此会对系统的控制精度造成影响，同时减速机构还会增加系统的转动惯量。采用直驱式的力矩电机，结构简单、间隙孝驱动更加直接，在一定程度上能够使得系统获得良好动态响应。直流力矩电机主要包含以下三个部分：转子、定子还有编码器。使用过程中电机的转子与负载采用刚性联轴器连接，可以有效的提高系统刚度和动态响应精度。另外直流力矩电机的输出转矩与输入电压成正比，近似为恒力矩输出，与转速以及位置无关，因此可以保证直流力矩电机的线性度，其最大优势在于可以长时间工作在堵转状态。舵机在启动的时候，电机处于堵转状态。同时在负载模拟器进行加载的过程中，如果舵机发生换向，也处于堵转状态，恰恰可以将直流力矩电机的优势发挥出来。因此本论文选择直流力矩电机作为电动负载模拟器的动力来源。
中北大学学位论文14电动负载模拟器加载系统数学模型如下图2-3所示。图2-3电动负载模拟器加载系统数学模型Figure2-3Loadsystemmathematicalmodelofelectricloadsimulator从上述控制结构框图可以计算得到，从系统输入aU到系统输出力矩LT（即系统前向通道）传递函数为：132()()LTPammmmTemmTKKKGsULJsRJsKKLKsKR（2-7）从舵机位置信号r到系统输出力矩LT（即系统扰动通道）传递函数为：32232()()()LmmmmTermmmmTemmTKLJsRJsKKsGsLJsRJsKKLKsKR（2-8）所以整个系统数学模型可以简化为：12()()LarTGsUGs（2-9）令321()()ammmmTemmGsLJsRJsKKLKsKR，()bTPGsKKK，32()()cmmmmTeGsKLJsRJsKKs如下图2-4所示为整个电动负载模拟器加载系统可表示为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动负载模拟器的自适应终端滑模控制[J]. 马小勇,杨瑞峰,郭晨霞,葛双超. 机床与液压. 2020(08)
[2]粒子群优化模糊PID的电动负载模拟器研究[J]. 于振中,周枫. 电子测量技术. 2019(10)
[3]炮控系统电动负载模拟器神经网络滑模控制[J]. 王经纬,侯远龙,高强,项军,张建学. 兵工自动化. 2019(04)
[4]基于比例谐振控制的电动负载模拟器高频率加载控制策略及其稳定性分析[J]. 王乐三,王明彦,郭犇. 中国电机工程学报. 2018(14)
[5]双馈感应电机的自适应终端滑摸控制研究[J]. 邱爱中. 电气传动. 2017(04)
[6]导弹尾翼电动负载模拟器快速终端滑模控制[J]. 林辉,吕帅帅,陈晓雷,李兵强. 哈尔滨工业大学学报. 2017(03)
[7]电动负载模拟器的非线性因素分析及补偿[J]. 付梦瑶,杨瑞峰,郭晨霞,张鹏,张新华. 中国测试. 2016(01)
[8]电动负载模拟器的滑模自适应控制器设计[J]. 王修岩,杨森,李宗帅. 微特电机. 2015(07)
[9]电动负载模拟器的复合控制策略研究[J]. 任玉凯,杨瑞峰,郭晨霞,张鹏,张新华. 中国测试. 2015(04)
[10]前馈——模型参考自适应复合控制策略[J]. 贾建芳,李瑞,李江. 火力与指挥控制. 2014(12)
硕士论文
[1]电动负载模拟器动态特性研究[D]. 刘伟良.中北大学 2019
[2]考虑运动副磨损间隙的柔性机构动力学与实验研究[D]. 周军生.哈尔滨工业大学 2016
[3]电动负载模拟器的控制方法研究[D]. 付梦瑶.中北大学 2016
[4]电动负载模拟器的先进PID控制策略研究[D]. 李江.中北大学 2015
[5]电动复合力矩加载系统的设计[D]. 任玉凯.中北大学 2015
[6]新型电液负载模拟器的设计及其关键技术的研究[D]. 郑大可.哈尔滨工业大学 2013
[7]含摩擦伺服系统的建模与控制研究[D]. 张剑.中国科学技术大学 2011
[8]舵机电动力加载台控制系统设计与仿真[D]. 韩红业.西北工业大学 2007
[9]基于BP神经网络摩擦力补偿算法的研究[D]. 王欣峰.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2006
本文编号：3034041
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气动负载模拟器结构简图
中北大学学位论文10图2-2电动负载模拟器机械结构图Figure2-2Mechanicalstructureofelectricloadsimulator2.2元器件选型2.2.1电机选型电动负载模拟器的动力来源为电动机，因此电动机的最大输出转矩、功率、加载精度等参数制约了系统的性能。电动机提供所需力矩的主要方式有两种，一是采用直驱式的力矩电机，二是采用带有减速器的伺服电机[9]。对于采用带有减速器的伺服电机，由于减速机构不可避免的存在机械间隙，因此会对系统的控制精度造成影响，同时减速机构还会增加系统的转动惯量。采用直驱式的力矩电机，结构简单、间隙孝驱动更加直接，在一定程度上能够使得系统获得良好动态响应。直流力矩电机主要包含以下三个部分：转子、定子还有编码器。使用过程中电机的转子与负载采用刚性联轴器连接，可以有效的提高系统刚度和动态响应精度。另外直流力矩电机的输出转矩与输入电压成正比，近似为恒力矩输出，与转速以及位置无关，因此可以保证直流力矩电机的线性度，其最大优势在于可以长时间工作在堵转状态。舵机在启动的时候，电机处于堵转状态。同时在负载模拟器进行加载的过程中，如果舵机发生换向，也处于堵转状态，恰恰可以将直流力矩电机的优势发挥出来。因此本论文选择直流力矩电机作为电动负载模拟器的动力来源。
中北大学学位论文14电动负载模拟器加载系统数学模型如下图2-3所示。图2-3电动负载模拟器加载系统数学模型Figure2-3Loadsystemmathematicalmodelofelectricloadsimulator从上述控制结构框图可以计算得到，从系统输入aU到系统输出力矩LT（即系统前向通道）传递函数为：132()()LTPammmmTemmTKKKGsULJsRJsKKLKsKR（2-7）从舵机位置信号r到系统输出力矩LT（即系统扰动通道）传递函数为：32232()()()LmmmmTermmmmTemmTKLJsRJsKKsGsLJsRJsKKLKsKR（2-8）所以整个系统数学模型可以简化为：12()()LarTGsUGs（2-9）令321()()ammmmTemmGsLJsRJsKKLKsKR，()bTPGsKKK，32()()cmmmmTeGsKLJsRJsKKs如下图2-4所示为整个电动负载模拟器加载系统可表示为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动负载模拟器的自适应终端滑模控制[J]. 马小勇,杨瑞峰,郭晨霞,葛双超. 机床与液压. 2020(08)
[2]粒子群优化模糊PID的电动负载模拟器研究[J]. 于振中,周枫. 电子测量技术. 2019(10)
[3]炮控系统电动负载模拟器神经网络滑模控制[J]. 王经纬,侯远龙,高强,项军,张建学. 兵工自动化. 2019(04)
[4]基于比例谐振控制的电动负载模拟器高频率加载控制策略及其稳定性分析[J]. 王乐三,王明彦,郭犇. 中国电机工程学报. 2018(14)
[5]双馈感应电机的自适应终端滑摸控制研究[J]. 邱爱中. 电气传动. 2017(04)
[6]导弹尾翼电动负载模拟器快速终端滑模控制[J]. 林辉,吕帅帅,陈晓雷,李兵强. 哈尔滨工业大学学报. 2017(03)
[7]电动负载模拟器的非线性因素分析及补偿[J]. 付梦瑶,杨瑞峰,郭晨霞,张鹏,张新华. 中国测试. 2016(01)
[8]电动负载模拟器的滑模自适应控制器设计[J]. 王修岩,杨森,李宗帅. 微特电机. 2015(07)
[9]电动负载模拟器的复合控制策略研究[J]. 任玉凯,杨瑞峰,郭晨霞,张鹏,张新华. 中国测试. 2015(04)
[10]前馈——模型参考自适应复合控制策略[J]. 贾建芳,李瑞,李江. 火力与指挥控制. 2014(12)
硕士论文
[1]电动负载模拟器动态特性研究[D]. 刘伟良.中北大学 2019
[2]考虑运动副磨损间隙的柔性机构动力学与实验研究[D]. 周军生.哈尔滨工业大学 2016
[3]电动负载模拟器的控制方法研究[D]. 付梦瑶.中北大学 2016
[4]电动负载模拟器的先进PID控制策略研究[D]. 李江.中北大学 2015
[5]电动复合力矩加载系统的设计[D]. 任玉凯.中北大学 2015
[6]新型电液负载模拟器的设计及其关键技术的研究[D]. 郑大可.哈尔滨工业大学 2013
[7]含摩擦伺服系统的建模与控制研究[D]. 张剑.中国科学技术大学 2011
[8]舵机电动力加载台控制系统设计与仿真[D]. 韩红业.西北工业大学 2007
[9]基于BP神经网络摩擦力补偿算法的研究[D]. 王欣峰.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2006
本文编号：3034041
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3034041.html
